Obeliski RNA

Ludzki mikrobiom właśnie zyskał nowy wymiar: naukowcy odkryli maleńkie fragmenty RNA – nawet mniejsze niż wirusy – które kolonizują bakterie w ludzkich jelitach i jamie ustnej. Te skrawki materiału genetycznego, zbyt minimalne, by można je było uznać za standardową formę życia, są jednymi z najmniejszych znanych elementów przenoszących informacje, które mogą być odczytane przez komórkę, a sekwencje, które kodują, stanowią nowe wyzwanie dla nauki.

Obeliski, jak nazwali nowo odkryte cząstki badacze z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii z biochemikiem Ivanem Zheludevem na czele, są spłaszczonymi pętlami RNA. Analiza przeprowadzona przez autorów pre-printu (czyli wstępnej wersji artykułu przed oficjalną publikacją poddaną recenzji) zamieszczonego w serwisie bioRxiv sugeruje, że pętle te są złożone w struktury przypominające pręciki.

Spłaszczone pętle były już wcześniej obserwowane w postaci „wiroidów„ – struktur zbudowanych z RNA podobnych do wirusów, ale znacznie mniejszych. Po raz pierwszy odkryto je w latach siedemdziesiątych XX wieku, kiedy stwierdzono, że niektóre z nich powodują choroby roślin np. karłowacenie i deformację ziemniaków, chryzantem oraz innych roślin uprawnych i kwiatów. Wkrótce naukowcy trafili na podobny czynnik, tym razem wywołujący zapalenie wątroby u ludzi – wirus zapalenia wątroby typu D, HDV (z ang. Hepatitis D Virus), nazywany też wirusem delta.

W ciągu ostatnich pięciu lat przeprowadzono wiele badań, które wykazały obecność elementów podobnych do wiroidów wśród różnych zwierząt i grzybów, a zeszłoroczna praca dostarczyła pierwszych wskazówek, że mogą one być obecne w bakteriach.

Zheludev i jego koledzy wykorzystali charakterystyczny kolisty RNA wirusów do poszukiwania podobnych elementów w bazach danych RNA z ludzkiego kału. I tam znaleźli obeliski.

Chociaż obeliski mają taki sam kształt jak wiele wiroidów, ich sekwencje genetyczne są bardzo różne – co sugeruje, że stanowią odrębną, ale pokrewną grupę.

Zheludev i jego zespół przeszukali 5,4 miliona zestawów opublikowanych sekwencji genetycznych i zidentyfikowali prawie 30 000 różnych pętli RNA, każda składająca się z około 1000 par zasad i jak przypuszczają badacze, reprezentująca odrębny obelisk. Zespół stwierdził, że jest mało prawdopodobne, aby były to rzeczywiste wirusy, ponieważ wirusy RNA zazwyczaj mają znacznie więcej par zasad. Niektóre sekwencje obelisków kodowały nową klasę białek, które naukowcy nazwali oblinami. Instrukcje budowy oblinów wydają się zajmować co najmniej połowę materiału genetycznego obelisków.

Ponieważ białka te są tak podobne we wszystkich obeliskach, badacze podejrzewają, że mogą być zaangażowane w proces replikacji. Ta zdolność do kodowania białek odróżnia je od innych znanych pętli RNA (wiroidów), ale najprawdopodobniej nie mają one genów niezbędnych do wytwarzania białek otoczkowych, w których wirusy RNA egzystują, gdy znajdują się poza komórkami.

Roux twierdzi, że potrzebne są dalsze prace, aby poznać, jak obeliski różnią się od wiroidów i innych cząstek wiroidopodobnych.

Kolejne poszukiwania ujawniły mnóstwo obelisków w próbkach pobranych od ludzi z różnych rejonów świata. Te specyficzne fragmenty RNA występowały w 6,6% mikroorganizmów pochodzących z mikrobioty jelitowej człowieka i u połowy bakterii (dokładnie 53%) obecnych w ludzkiej jamie ustnej. Co więcej, różne typy obelisków wydają się być obecne w różnych obszarach naszego ciała.

Badanie to stanowi „kamień milowy”, ponieważ przedstawia najlepsze dostępne dowody na to, że takie struktury są szeroko rozpowszechnione w świecie bakterii, a nie tylko w bardziej złożonych organizmach, jak zauważa biolog molekularny Joan Marquez-Molins ze Szwedzkiego Uniwersytetu Nauk Rolniczych w Uppsali, który nie był zaangażowany w pracę. „To naprawdę nie jest coś sporadycznego lub odizolowanego w populacji lecz dotyczy znacznej części próbki” – mówi.

Nikt nie wie, w jaki sposób obeliski mogą wpływać na ludzkie zdrowie. Składniki mikrobiomu – w tym bakterie, grzyby i inne organizmy – „wszystkie istnieją w harmonii”, mówi wirusolog Anamarija Butković z Instytutu Pasteura w Paryżu, która nie była zaangażowana w pracę. „Interesujące jest zastanowienie się, co robią tam obeliski i jak mogą wpływać na tę całą równowagę”.

W znalezieniu rozwiązania mogą być pomocne badania nad powszechnie występującą w jamie ustnej człowieka bakterią Streptococcus sanguinis, która pełni rolę gospodarza dla rodziny obelisków. Obelisk w tych drobnoustrojach miał pętlę o długości 1137 nukleotydów.

Ponieważ S. sanguinis jest łatwa w hodowli, Marquez-Molins i Buković stawiają hipotezę, że naukowcy w swych dalszych eksperymentach mogą być w stanie wykorzystać ją do znalezienia odpowiedzi na pytania dotyczące sposobu replikacji obelisków, ich wpływu na bakterie i działania ich białek.

Kontynuacja pracy stanfordzkiego zespołu może przybliżyć nas do rozwikłania zagadki na temat pochodzenia samego życia. Niektórzy naukowcy spekulują, że ponieważ wiroidy i ich krewni są małe, proste i mają zdolność do samoreplikacji, mogą być prekursorami wszelkiego życia na Ziemi. Chociaż dopiero zaczęliśmy zauważać obeliski, ostrożne wnioski sugerują, że cząstki te mogły kształtować nas od samego początku.