În anul 1977, oamenii de știință au arătat că un virus denumit S-2L, care infectează cianobacteriile, nu conține adenină în genomul său. În schimb, S-2L folosește o nucleotidă numită diaminopurină sau 2-aminoadenină (prescurtat Z), care formează trei legături de hidrogen – în loc de două cum este în cazul adeninei (A) – atunci când este împerecheată cu timina (T). În trei articole publicate pe 29 aprilie în Science, cercetătorii arată că utilizarea Z de către bacteriofagi, acele virusuri care infectează bacteriile, este mult mai răspândită decât s-a crezut inițial și descriu calea prin care această nucleotidă alternativă este sintetizată și încorporată în genomurile bacteriofagilor.
În anul 1998, Pierre Alexandre Kaminski de la Institutul Pasteur și colegii săi au secvențiat genomul cianofagului S-2L în speranța descifrării căilor care îi permit acestui virus să ocolească codul genetic canonic. Cercetătorii au descoperit o secvență înrudită cu purA – o genă care codifică succinoadenilat-sintaza, una dintre enzimele implicate în calea de sinteză a adeninei – care părea a fi o pistă bună, însă au lăsat proiectul deoparte datorită provocărilor legate de lucrul cu bacteriofagii și cu gazdele lor cianobacteriile.
În anii următori, cercetătorii au căutat în bazele de date și au comparat secvențele publicate cu gena asemănătoare cu purA. La sfârșitul anului 2015, ei au descoperit o secvență omoloagă la bacteriofagul Vibrio, care infectează Vibrio, un gen de bacterii gram-negative cu care este mult mai ușor de lucrat decât cu cianobacteriile gazde ale S-2L. Secvențele genelor similare cu purA de la bacteriofagii S-2L și Vibrio erau mai asemănătoare una cu cealaltă decât cu alte gene purA cunoscute, ceea ce indica faptul că bacteriofagul Vibrio ar putea utiliza și el diaminopurina în ADN-ul său.
Echipa a analizat ADN-ului bacteriofagului Vibrio și a descoperit că acesta conține diaminopurină în loc de adenină. Cercetătorii descriu această descoperire într-unul dintre articolele publicate în Science, împreună cu structura și funcția in vitro ale enzimei codificate de gena similară cu purA, pe care au denumit-o purZ. Oamenii de știință arată că, în calea de biosinteză a Z, purZ îndeplinește un rol similar cu cel jucat de purA în sinteza adeninei și că genomurile bacteriofagilor mai conțin o altă enzimă implicată în producerea Z, denumită purB.
Cercetătorii au mai identificat 19 gene purZ la diferite tipuri de bacteriofagi grupate filogenetic cu genele purA prezente la arhee.
”Este uimitor cât de mult înapoi în timp merg […] în filogenie”, spune David Dunlap, biofizician la Universitatea Emory, care nu a fost implicat în studiu. ”Aceste lucruri au evoluat în paralel pentru mult timp. Începând din 1977, cianofagii au părut neinteresanți, însă studiul a scos în evidență că aceștia există acolo, în mai multe locuri decât ne-am fi așteptat.”
În cadrul celui de-al doilea studiu, aceeași echipă a identificat genele bacteriofagului care codifică ADN-polimerazele ce încorporează selectiv diaminopurina în locul adeninei. Bacteriofagul S-2L original pare a nu deține vreuna dintre aceste gene, însă genomurile altor nouă bacteriofagi, inclusiv Vibrio, conțin gena polimerazei, pe care autorii au denumit-o dpoZ. La bacteriofagul Vibrio și în genomurile altor bacteriofagi, această genă a ADN-polimerazei a fost descoperită în vecinătatea genei purZ.
Un grup independent, condus de Huimin Zhao, de la Universitatea din Illinois, coroborează aceste date în cel de-al treilea studiu publicat în Science, caracterizând în continuare enzimele responsabile de biosinteza Z și genomurile cu Z, identificând zeci de genomuri de bacteriofagi care conțin gene ce codifică aceste enzime. Grupul lui Zhao a mai descoperit o enzimă conservată codificată în genomurile anumitor bacteriofagi, enzimă care susține producerea genomurilor cu Z prin înlăturarea adenozin-trifosfatului și a precursorului acestuia din fondul de nucleotide al gazdei, ceea ce împiedică bacteriofagii să încorporeze A în genomurile lor.
În plus față de utilizarea purZ și a purB, acești bacteriofagi deturnează enzimele gazdei pentru a ajuta la sinteza diaminopurinei și la încorporarea acesteia în genomul bacteriofagului. În cele din urmă, cercetătorii au arătat că genomurile cu Z sunt rezistente la degradarea de către enzimele de restricție ale gazdei.
”Dacă vrei să fii un genom cu conținut de diamonipurină, atunci va trebui să elimini competiția”, explică Dunlap. ”Bacteriofagul pătrunde în lumea adeninei și își impune voința cu forța.”
Zhao și colegii săi caută metode prin care să controleze acest proces în scopul diferitelor aplicații medicale, cum ar fi tratarea infecțiilor bacteriene. Cercetătorii deja au utilizat bacteriofagi pentru a trata anumite infecții bacteriene, dar includerea acestor căi de biosinteză în bacteriofagii respectivi i-ar face și mai eficienți, deoarece ar deveni rezistenți la degradarea de către țintele lor bacteriene.
”Mai există numeroase întrebări fără un răspuns”, spune Kaminski. Într-un articol apărut recent, cercetătorii au oferit răspuns la una dintre întrebări – cum este copiat genomul lui S-2L – prin identificarea polimerazei relevante. Însă Kaminski susține că una dintre cele mai dificile întrebări este când a evoluat acest mecanism. ”Se presupune că este străvechi, deoarece își are rădăcinile adânc în arborele filogenetic și datorită similitudinilor structurilor enzimatice”, însă nu este clar care dintre cele două genomuri a apărut primul.
Sursa: The-Scientist.com.