W takim razie jak to możliwe? Autorzy badań na ten temat ustalili, iż enzymy uwolnione z obumierających bakterii mogą nadal produkować DNA, wykorzystując materiał genetyczny jako wzorzec. W procesie uczestniczą wirusy infekujące bakterie, które przekształcają ich śmierć w początek niezwykłej produkcji biologicznych struktur. To z kolei prowadzi do wniosków, które mogą mieć przełożenie na realne korzyści dla kilku różnych dziedzin.
Czytaj też:Te ptaki podejmują decyzje dwa razy szybciej niż ludzie. Ich mózgi łamią wszelkie schematy
Badania przeprowadził zespół Gabriela Antonio S. Minero z Uniwersytetu w Aarhus, natomiast artykuł na ten temat trafił na łamy Angewandte Chemie International Edition. Pierwszoplanową rolę odegrały w tym przypadku bakteriofagi, czyli wirusy atakujące bakterie. Niektóre z nich potrafią pozostawać przez długi czas w stanie uśpienia, ukryte w materiale genetycznym gospodarza. W takiej postaci mówimy o profagach.
Naukowcy skupili się na dwóch gatunkach bakterii: Shewanella oneidensis oraz Bacillus subtilis. Umieścili je w warunkach ograniczonej dostępności składników odżywczych, co doprowadziło do aktywacji uśpionych wirusów. Po przebudzeniu bakteriofagi rozpoczęły namnażanie, a część zainfekowanych komórek uległa rozpadowi. W normalnych warunkach oznaczałoby to uwolnienie nowych wirusów i zakończenie życia ich gospodarza. Tym razem badacze zaobserwowali jednak coś znacznie bardziej zaskakującego.
Wraz z rozpadającymi się komórkami do środowiska zewnętrznego przedostały się enzymy odpowiedzialne za kopiowanie DNA. Jakby zaskoczeń było mało, to zachowały one aktywność również poza żywą komórką. Wykorzystywały dostępne składniki chemiczne, aby kontynuować syntezę materiału genetycznego. W pewnym sensie produkcja DNA trwała więc nawet po śmierci bakterii.
Zespół Minero odkrył, iż cały proces można kontrolować za pomocą odpowiednio przygotowanego fragmentu DNA w formie zamkniętego pierścienia. Taki wzorzec umożliwia enzymom wielokrotne kopiowanie określonej sekwencji w mechanizmie nazywanym replikacją tocznego koła (rolling circle replication). W rezultacie powstają długie, powtarzalne łańcuchy DNA. Nie pozostają one jednak przypadkowym zbiorem cząsteczek. Dzięki określonej sekwencji guanin mogą samoczynnie przyjmować uporządkowane kształty, tworząc struktury określane jako G-kwadrupleksy.
Czytaj też: DNA kryje sekret ośmiornic. Badacze wykryli niezwykłe zmiany sprzed setek milionów lat
W przypadku S. oneidensis DNA przyjmowało formy przypominające niewielkie kwiaty, osiągające średnicę do 10 mikrometrów. Z kolei u B. subtilis powstawały długie, przypominające przewody struktury, których długość przekraczała 50 mikrometrów. Badacze wykazali również, że powstałe struktury nie są wyłącznie biologiczną dekoracją. Mogą wzmacniać mechaniczną strukturę biofilmu, a dzięki zdolności wiązania hemu wykazują aktywność przypominającą działanie enzymów peroksydazowych. W efekcie potrafią uczestniczyć w określonych reakcjach chemicznych.
W praktyce zgromadzone informacje mogą doprowadzić do uzyskania możliwości sterowania całym procesem. Zmieniając wzorzec DNA dostarczany bakteriom, naukowcy mogą wpływać na sekwencję i właściwości powstających struktur. W przyszłości takie biologiczne fabryki mogłyby produkować specjalnie zaprojektowane cząsteczki DNA, zdolne między innymi do katalizowania reakcji chemicznych. Mówi się o zastosowaniach obejmujących syntezę zaawansowanych biomateriałów, rozwój nanotechnologii oraz procesy przemysłowe wymagające katalizatorów. Co ciekawe, dwie wspomniane bakterie już teraz są przedmiotem badań związanych z oczyszczaniem ścieków i przemianami chemicznymi w środowisku.
Źródło:Angewandte Chemie