Ένα άγνωστο μέχρι πρόσφατα σύστημα άμυνας βακτηρίων, γνωστό ως SPARDA, αποκαλύπτεται ως πιθανό νέο εργαλείο βιοτεχνολογίας, με ερευνητές να εκτιμούν ότι θα μπορούσε στο μέλλον να ενισχύσει διαγνωστικές τεχνολογίες πέρα από τα όρια του CRISPR.
- Γράφει η Χριστίνα Χατζηπαλαμουτζή
Η ανακάλυψη και αξιοποίηση του CRISPR σηματοδότησε μια χρυσή εποχή για τη γενετική έρευνα. Ωστόσο, στη φύση υπάρχουν εκατοντάδες παρόμοια συστήματα άμυνας με ανεξερεύνητες δυνατότητες.
Ένα από αυτά είναι το SPARDA — ένα βακτηριακό σύστημα αυτοάμυνας που μόλις τώρα αρχίζει να γίνεται κατανοητό.
Νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Cell Research ρίχνει φως στον τρόπο λειτουργίας του, ανοίγοντας τον δρόμο για πιθανές εφαρμογές στη βιοτεχνολογία και τη μοριακή διάγνωση.
Ένα σύστημα άμυνας με λογική αυτοθυσίας
Το SPARDA (short prokaryotic Argonaute, DNase associated) αποτελεί έναν μηχανισμό προστασίας των βακτηρίων απέναντι σε ξένο γενετικό υλικό, όπως πλασμίδια και βακτηριοφάγους — ιούς που προσβάλλουν βακτήρια.
Η ιδιαιτερότητά του έγκειται στη στρατηγική που ακολουθεί.
Όταν ένα βακτήριο μολυνθεί, το σύστημα ενεργοποιείται και καταστρέφει όχι μόνο το γενετικό υλικό του εισβολέα, αλλά και εκείνο του ίδιου του κυττάρου. Με αυτόν τον τρόπο, το μολυσμένο βακτήριο «θυσιάζεται», αποτρέποντας την εξάπλωση της λοίμωξης στον υπόλοιπο πληθυσμό.
Όπως εξηγεί ο βιοχημικός Mindaugas Zaremba από το Πανεπιστήμιο του Βίλνιους, πρόκειται για έναν μηχανισμό άμυνας τύπου «καμικάζι».
Πώς λειτουργεί το SPARDA σε μοριακό επίπεδο
Μέχρι πρόσφατα, ο ακριβής τρόπος δράσης του SPARDA παρέμενε ασαφής. Για να τον διερευνήσουν, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το εργαλείο τεχνητής νοημοσύνης AlphaFold, το οποίο προβλέπει την τρισδιάστατη δομή των πρωτεϊνών.
Το σύστημα βασίζεται σε πρωτεΐνες argonaute, οι οποίες υπάρχουν σε όλα σχεδόν τα βασίλεια της ζωής και παίζουν ρόλο στη ρύθμιση του γενετικού υλικού.
Η ανάλυση αποκάλυψε μια κρίσιμη δομή, την οποία οι επιστήμονες ονόμασαν «beta-relay». Πρόκειται για έναν μοριακό διακόπτη που αλλάζει σχήμα όταν ανιχνευθεί ξένο DNA.
Με την ενεργοποίησή του, οι πρωτεΐνες argonaute ενώνονται μεταξύ τους σχηματίζοντας μακριές, ελικοειδείς αλυσίδες. Οι δομές αυτές λειτουργούν σαν μοριακές λεπίδες, τεμαχίζοντας κάθε DNA που βρίσκεται γύρω τους — είτε ανήκει στον εισβολέα είτε στο ίδιο το βακτήριο.
Ένα καθολικό μοριακό χαρακτηριστικό
Χρησιμοποιώντας το AlphaFold, οι ερευνητές εντόπισαν παρόμοιους «διακόπτες» beta-relay και σε άλλα βακτηριακά συστήματα, γεγονός που δείχνει ότι πρόκειται για θεμελιώδες χαρακτηριστικό αυτού του τύπου πρωτεϊνών.
Το εύρημα αυτό ενισχύει την άποψη ότι το SPARDA αποτελεί μέρος μιας ευρύτερης οικογένειας αμυντικών μηχανισμών που μέχρι σήμερα παραμένουν ελάχιστα μελετημένοι.
Πιθανές εφαρμογές στη διάγνωση
Παρότι το SPARDA λειτουργεί ως έσχατη άμυνα για τα βακτήρια, η ακρίβεια με την οποία αναγνωρίζει ξένο DNA καθιστά το σύστημα ιδιαίτερα ελκυστικό για ανθρώπινες εφαρμογές.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι θα μπορούσε να τροποποιηθεί ώστε να ενεργοποιείται μόνο όταν ανιχνεύεται συγκεκριμένο γενετικό υλικό — για παράδειγμα ιοί όπως η γρίπη ή ο SARS-CoV-2.
Η λογική αυτή μοιάζει με εκείνη των διαγνωστικών εργαλείων που βασίζονται στο CRISPR, με μία σημαντική διαφορά.
Σε αντίθεση με το CRISPR, το SPARDA δεν απαιτεί την παρουσία ειδικών αλληλουχιών PAM, γεγονός που του προσδίδει μεγαλύτερη ευελιξία στην αναγνώριση στόχων.
Όπως σημειώνουν οι επιστήμονες, αυτό θα μπορούσε να λειτουργήσει σαν ένας «καθολικός αντάπτορας» για μελλοντικά γενετικά τεστ, βελτιώνοντας την ακρίβεια και το εύρος ανίχνευσης παθογόνων.
Έρευνα σε πρώιμο στάδιο, αλλά με μεγάλες προοπτικές
Αν και το SPARDA βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο ερευνητικό στάδιο, τα ευρήματα δείχνουν ότι η φύση εξακολουθεί να κρύβει μηχανισμούς με τεράστιο τεχνολογικό δυναμικό.
Όπως συνέβη και με το CRISPR, ένα βακτηριακό αμυντικό σύστημα ενδέχεται στο μέλλον να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο προσεγγίζουμε τη διάγνωση και τη γενετική ανάλυση.
Κάντε like στη σελίδα μας στο facebook για να μαθαίνετε όλα τα νέα
Διαβάστε επίσης
Επανάσταση: Βακτήρια εντοπίζουν αιμορραγία σε 20 λεπτά
Ανησυχητική πρόβλεψη: Ραγδαία αύξηση των βακτηριακών λοιμώξεων έως το 2030
