Et team av forskere fra Stanford University ledet av Alex Gao han har faktisk oppdaget et unntak fra biologiens sentrale dogme: DRT3et enzym som bakterier bruker for å forsvare seg mot virus, er i stand til å syntetisere DNA med utgangspunkt i en proteinstruktur som brukes som mal. «Prinsippet» formulert av Francis Crick i 1957, beskriver livets flyt i en enkelt, rigid retning: fra DNA til RNA, og fra RNA til proteiner. Selv om man kjenner unntaket av revers transkriptase, som er i stand til å syntetisere DNA med utgangspunkt i RNA, hadde bakoverkonverteringen fra proteiner til DNA aldri blitt dokumentert. Studien, publisert på Vitenskapbeskriver denne nye alternative veien, selv om forfatteren selv oppfordrer til forsiktighet: delen av enzymet som er involvert, Drt3bproduserer bare én enkelt repeterende sekvens (ACACAC…). Det representerer derfor ikke en generell mekanisme som gjør at proteiner kan «omskrive» den genetiske koden etter eget ønske, men det er tilstrekkelig til å demonstrere at biologien fortsatt har mange skjulte veier.
DRT3-enzymet som brøt biologiens regler: forskning fra Stanford University
Bakterier lever i en krigstilstand med bakterier bakteriofagerspesifikke virus som er i stand til å infisere bare dem. For å overleve har de i løpet av evolusjonen utviklet forskjellige forsvarssystemer inkludert det forsvarsassosierte revers transkriptaserforkortet til DRT. Dette er enzymer som bakterier bruker for å blokkere virusinfeksjon.
Stanford-teamet, ledet av biokjemikeren Alex Gaobestemte seg for å studere et av disse systemene i detalj, den DRT3 i Escherichia coli. Består av tre elementer, to kalt proteiner Drt3a Og Drt3bpluss et utdrag av Ikke-kodende RNAproduserer dette komplekset en dobbel streng dannet av GTGTGT… gjentatt mange ganger knyttet til dens komplementære, ACACAC. Hvordan nøyaktig DNA produsert av Drt3b hjelper bakterien til å avvise fager er ennå ikke fullt ut forstått.
Hvordan DNA-syntese fungerer med DRT3: malproteinet
Porsjonen Drt3a er ansvarlig for å produsere poly-GC-sekvensen med utgangspunkt i RNA-malen som er tilstede i komplekset. Den virkelige særegenheten ligger imidlertid i porsjonen Drt3b: til tross for å være en DNA-polymerase (enzymet som er ansvarlig for DNA-syntese), i motsetning til alle de kjente så langt, trenger ikke en nukleinsyremal for å fungere. For å bygge sin kjede leser den faktisk ikke noen eksisterende DNA- eller RNA-sekvens, men bruker formen på selve proteinet gitt av aminosyrer som en mal for å bestemme hvilken DNA-sekvens som produseres.
Som Gao selv forklarte, «tjener proteinet som en blåkopi for DNA-sekvensen.» Resultatet er en flyt av informasjon fra protein til DNAakkurat det motsatte av det som er spådd av det sentrale dogmet.
Det er imidlertid viktig å ikke overvurdere denne mekanismen. Drt3b produserer bare én spesifikk og fast repeterende sekvens (poly-AC). Dette er ikke en generell mekanisme som ethvert protein kan «skrive» vilkårlig genetisk kode med. Men prinsippet som demonstrerer eksistensen av en måte å produsere malfritt DNA er fortsatt revolusjonerende.
Hvorfor denne oppdagelsen er viktig
Fra et teoretisk synspunkt ødelegger ikke oppdagelsen det sentrale dogmet innen molekylærbiologi, men beriker det foreløpig med et uventet unntak. Den viser at livet i løpet av evolusjonen har funnet minst én snarvei for å bygge DNA uten å starte fra DNA.
Også CRISPR-Cas9genredigeringsteknologien som gjør at DNA kan modifiseres nøyaktig, ble født som et bakterielt forsvarssystem mot fager. Bakterier hadde brukt det i millioner av år før forskere forsto hvordan det fungerte og tilpasset det for å redigere genomet til hver organisme, fra mennesker til planter. I dag regnes det som et av de kraftigste vitenskapelige instrumentene som noen gang er utviklet.
Det er naturlig å lure på om DRT3 kan reise samme vei. I teorien et enzym som er i stand til å produsere DNA uten mal og med en sekvens diktert av sin egen struktur det kan bli en verdifull byggestein for syntetisk biologi. I praksis er det fortsatt en lang vei å gå, Drt3b produserer foreløpig bare sin faste sekvens og det er ikke klart om og hvordan den kan omprogrammeres.
