Te geny praktycznie nie są wirusom potrzebne, ale odgrywają kluczową funkcję w przyrodzie

Te geny występują u wirusów, choć nie potrzebują ich do replikacji. Po co zatem istnieją? Naukowcy zbliżyli się do poznania odpowiedzi, która może mieć daleko idące konsekwencje w wielu dziedzinach nauki.
Kryształy produktu AMG wirusa glebowego (chitozanaza) w powiększeniu 400x /Fot. SLAC National Accelerator Laboratory
Kryształy produktu AMG wirusa glebowego (chitozanaza) w powiększeniu 400x /Fot. SLAC National Accelerator Laboratory

W glebie występują miliardy bakterii, grzybów i wirusów, które są kluczowe dla prawidłowego funkcjonowania biosfery. Ciekawe są wirusy glebowe, które dysponują genami wykazującymi jakąś funkcją metaboliczną, ale niepotrzebnymi do prawidłowej replikacji. To tzw. pomocnicze geny metaboliczne (AMG), które produkują białka o rozmaitych funkcjach – niektóre z nich są np. enzymami.

Czytaj też: Jak ewoluują wirusy? Gdyby nie ten szczegół, byłoby już po pandemii…

Teraz fizycy napromieniowali skrystalizowane próbki białek promieniami X generowanymi przez Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) Beam Line 12-2 w należącym do Departamentu Energii SLAC National Accelerator Laboratory. Dzięki temu określili strukturę atomową białka, na którego ekspresję wpływają konkretne AMG. Szczegóły opisano w Nature Communications.

Chitozanaza namierzona

AMG nie biorą udziału w replikacji wirusa, ale kodują różne białka – niektóre o ważnych, a inne o nieznanych funkcjach. AMG, które uległo ekspresji, było przypuszczalnym enzymem odgrywającym ważną rolę w przetwarzaniu i obiegu węgla w biosferze.

Dr Clyde Smith z SSRL mówi:

Widzieliśmy lokalizację każdego atomu w wirusowym białku, co pomaga nam dowiedzieć się, jak funkcjonuje. Byliśmy zdumieni widząc, że białko przypomina znane struktury atomowe pokrewnych rodzin enzymów bakteryjnych i grzybowych, ale także zawierało zupełnie nowe elementy.

Zdaniem naukowców badane wirusowe AMG koduje enzym, który przeprowadza reakcje degradacji chityny. Gdyby to potwierdzono, moglibyśmy mówić o wielkim odkryciu. Chityna jest bowiem drugim (po celulozie) najczęstszym biopolimerem na naszej planecie i wchodzi w skład egzoszkieletów owadów oraz ścian komórkowych grzybów.

Warto przytoczyć kilka zdań o samym bohaterze, czyli omawianym wirusowym AMG – jest to chitozanaza (z rodziny hydrolaz glikozylowych GH75). Białko to może działać jak motyka ogrodowa dla gleby, tj. narzędzie, które pomaga przygotować glebę dla warzyw, drzew, kwiatów i wszystkich innych rodzajów życia.

Schemat chitozanazy /Fot. SLAC National Accelerator Laboratory

Uchwycenie struktury atomowej chitozanazy nie było łatwe i wymagało wykonania ponad 5000 zdjęć próbek kryształów. Ich połączenie ujawniło, że część struktury białka przypomina znaną grupę enzymów
metabolizujących węglowodany z rodziny hydrolaz glikozylowych GH45. Jednakże białko chitozanazy zawierało inne elementy molekularne, które nie wyglądały jak te występujące w GH45 czy w innych znanych strukturach białkowych. To oznacza, że jego rola w cyklu glebowym pozostaje nieznana.

Czytaj też: To dlatego wirusy przenoszą się ze zwierząt na ludzi. Wykryto winowajcę!

Dr Clyde Smith dodaje:

Istnieje część enzymu, która jest całkowicie nowa i nowatorska. To właśnie jest ekscytujące dla mnie jako biologa strukturalnego – zobaczyć coś, czego nie widzieliśmy wcześniej, a następnie spróbować dowiedzieć się, jaka może być jego rola.

Przyszłe badania mogą pomóc odpowiedzieć, dlaczego AMG w ogóle istnieją, skoro nie pomagają w replikacji, a to cel nadrzędny wszystkich wirusów.