Itt van a világ első olyan filmje, amely a molekulák izgalmas világát tárja elénk!

Az EMBL kutatói egy forradalmian új módszerrel vizsgálták a molekuláris mechanizmusok közötti alapvető interakciókat, ezzel új távlatokat nyitva a gyógyszerfejlesztés terén.

Gondot okoz az esti filmválasztás? Ne aggódj, mert van egy különleges ajánlatunk számodra! Fedezd fel azt a lenyűgöző videót, amely bepillantást nyújt az életet fenntartó legfontosabb biológiai folyamatok egyikébe. A kutatók most először készítettek valós idejű molekuláris filmet, amely bemutatja, hogyan lép interakcióba két alapvető sejtfolyamat – a transzkripció és a transzláció – a baktériumok világában. Ne hagyd ki ezt az izgalmas felfedezést!

Minden élő szervezetben a DNS tartalmazza a sejtek szerkezetét és funkcióit meghatározó kódot. Az RNS-polimeráz nevű enzim megfejti ezt a kódot, és átalakítja RNS-é, egy olyan molekulává, amely nagyon hasonlít a DNS-hez. Az élet kódjának ezt a DNS-ről RNS-re történő átvitelét nevezzük transzkripciónak. Ezután a riboszómának nevezett molekuláris gépezet az RNS-ben kódolt üzenetet használja fel a fehérjék - a sejtek legtöbb alapvető funkcióját ellátó molekulák - felépítésére. Ezt a folyamatot nevezzük transzlációnak.

A videó bemutatja, hogy jelenleg hol tartunk a transzkripció és a transzláció közötti fizikai és funkcionális összefüggések megértésében. A kutatók több színű egymolekulás fluoreszcens mikroszkópiát alkalmaztak, hogy egyidejűleg figyeljék a transzkripciós és transzlációs folyamatok dinamikáját, valamint az RNS-polimeráz és a riboszóma közötti interakciót. Az elemzések során megfigyelték, hogy a riboszómák lassulnak, amikor találkoznak az RNS-polimerázzal, és hogy a hosszú távú fizikai kölcsönhatás elősegíti az RNS-polimeráz aktiválódását.

Olivier Duss, az EMBL Heidelberg csoportvezetője és az új kutatás vezető szerzője így fogalmazott: "A baktériumsejtek esetében a transzkripció és a transzláció egy és ugyanazon sejtterületen zajlik. Ezzel szemben az emberi sejtekben a transzkripció a sejtmagban történik, ahol a DNS található, és amelyet egy membrán választ el a sejt többi részétől. Az így előállított RNS a sejtmagból távozik, hogy a citoplazmában, a sejtmagot körülvevő térben fehérjékké alakuljon. A baktériumsejtek felépítése sokkal egyszerűbb, mivel ezek nem rendelkeznek sejtmaggal, így az átírás és a transzláció nemcsak egy helyen, hanem egy időben is zajlik."

A tudósok korábban a transzkripciót és a transzlációt különálló folyamatokként jellemezték, de hogy a kettő hogyan lép kölcsönhatásba egymással, azt még nem értették jól. Ez részben azért volt így, mert az ilyen vizsgálatok olyan technikákra támaszkodtak, mint a krio-elektronmikroszkópia, amelyekhez fagyasztott mintákra van szükség, így csak pillanatképeket adnak a folyamatról.

Ez a kihívás különösen foglalkoztatta a Duss-csoportot, amely az egymolekulás technológia, a strukturális biológia és a biokémia eszközeivel dolgozik. Céljuk az volt, hogy mélyebb betekintést nyerjenek abba, miként működnek együtt a létfontosságú sejtfunkciókban részt vevő komplex molekuláris mechanizmusok.

Annak vizsgálatára, hogyan működik együtt a transzláció és a transzkripció, a kutatócsoport Nusrat Qureshi kutatótárs vezetésével mesterségesen újraalkotta azt a sejtkörnyezetet, amely e folyamatok lejátszódásához szükséges. Ez lehetővé tette számukra, hogy az egymásra ható riboszómák és RNS-polimerázok dinamikáját közelről nyomon kövessék, egyenként egy páronként, az úgynevezett egymolekulás, többszínű fluoreszcens mikroszkópia segítségével.

A technika alapvetően úgy működik, hogy az RNS-polimerázt és a riboszómát speciális kémiai jelzőanyagokkal látják el, amelyek közel érzékelőként (angolul PROXIMITY Sensor) funkcionálnak. Amikor ezek a molekulák interakcióba lépnek egymással, egy olyan jelet generálnak, amelyet a fluoreszcens mikroszkóp képes észlelni. Ha a kölcsönhatás megszűnik, a jel eltűnik, ezáltal lehetővé téve a folyamat nyomon követését.

Ezt az innovatív megközelítést kihasználva a kutatók több percen át figyelemmel kísérték az RNS-polimeráz és a riboszóma közötti dinamikus interakciót. Ez volt az első alkalom, hogy mikroszkópos megfigyelés révén egyszerre láthatták a transzkripció és a transzláció folyamatát aktív állapotban.

"Nagyon izgatott vagyok, hogy végre végignézhetjük a teljes folyamatot" - mondta Duss. "Ezeket a pillanatfelvételeket mozgáshoz tudjuk illeszteni, és ez lehetővé teszi számunkra, hogy jobban megértsük, hogyan működik együtt a két folyamat. Azáltal, hogy az egészet összerakjuk, elkezdünk olyan kialakuló viselkedéseket látni, melyeket másként nem lehet előre megjósolni."

A kutatók új felfedezése szerint az RNS-polimeráz és a riboszóma képes távoli kommunikációra, amelyet egy különleges, hurokszerű RNS-szakasz hoz létre közöttük. Ez a hosszú molekula lehetővé teszi, hogy a két fontos biomolekula kapcsolatba lépjen egymással, még akkor is, ha fizikailag távol vannak egymástól.

E két molekuláris gépezet olyan, mint egy hegytetőre igyekvő mászóduó, akiket egy hosszú, rugalmas kötél fűz össze. A kötél éppen annyira laza, hogy szabadon mozoghassanak anélkül, hogy zavarba ejtenék egymást, de elég szoros ahhoz, hogy vészhelyzetben bármelyikük támaszt nyújthasson a másiknak.

A kutatócsoport észrevette, hogy az átírás folyamata hatékonyabban zajlik, ha a transzláció párhuzamosan történik. Másként fogalmazva, ha egy aktív RNS-polimeráz egy RNS-molekulán halad, miközben egy riboszóma is követi azt, akkor a termelési teljesítmény jelentősen megnő.

"Gyönyörű, hogy megfigyelhetjük, hogyan működnek együtt ezek a folyamatok. Bárki, aki csapatban dolgozik, tudja, milyen fontos az együttműködés" - mondta Duss. "Ha mindenki megpróbál csak egyedül dolgozni, sokkal kisebb lesz a hatékonysága. Úgy tűnik, ezt a sejt molekuláris mechanizmusai is tudják".

Miközben ez a tanulmány az izolált molekulákra fókuszált egy mesterséges környezetben, a Duss-csoport most új kihívások elé néz, hiszen céljuk a folyamatok mélyebb megértése élő sejtek szintjén is. Az újonnan elnyert ERC Consolidator Grant keretein belül a kutatók további sejtfolyamatokat szeretnének bevonni a vizsgálatba, hogy feltárják, vajon a "hegymászó" koordinációban valóban csak két résztvevő található-e, vagy esetleg több partner is szerepet játszik ebben a komplex interakcióban.

Az alapvető sejtmechanizmusok baktériumokban való működésének megvilágítása megnyitja az utat a bakteriális kórokozók elleni küzdelem új módszereinek kifejlesztése előtt egy olyan időszakban, amikor az antibiotikum-rezisztencia fontos egészségügyi probléma. A kutatók potenciálisan túlléphetnek a hagyományos antibiotikumokon, és megelőzhetik a rezisztenciaproblémákat azáltal, hogy nem csak egy, hanem két sejtszintű folyamatot céloznak meg együttesen.

Duss kifejtette: "Ez a kutatás kiváló illusztrációja az alapkutatás fontosságának a tágabb összefüggésekben. Az alapkutatás az a kulcs, amely lehetővé teszi számunkra a biológiai folyamatok mélyebb megértését, és ennek eredményeként olyan áttörő felfedezések születnek, mint az innovatív gyógyszerek, modern terápiák és javított kezelési lehetőségek."

Egy friss kutatás látott napvilágot a Nature című tudományos folyóiratban, amely a transzkripció és a transzláció összehangolódásának nyomon követését vizsgálja valós időben.