Moderne biologi forbløffer med det unikke og omfanget af dens opdagelser. I dag studerer denne videnskab de fleste af de processer, der er skjult for vores øjne. Dette er bemærkelsesværdigt for molekylærbiologi - et af de lovende områder, der hjælper med at opklare de mest komplekse mysterier af levende stof.
Hvad er omvendt transskription
Omvendt transkription (RT for kort) er en specifik proces, der er karakteristisk for de fleste RNA-vira. Dets hovedtræk er syntesen af et dobbeltstrenget DNA-molekyle baseret på messenger-RNA.
OT er ikke karakteristisk for bakterier eller eukaryote organismer. Hovedenzymet, reversetase, spiller en nøglerolle i syntesen af dobbeltstrenget DNA.
Opdagelseshistorik
Ideen om, at et ribonukleinsyremolekyle kunne blive en skabelon for DNA-syntese, blev betragtet som absurd indtil 1970'erne. Så opdagede B altimore og Temin, der arbejdede adskilt fra hinanden, næsten samtidigt et nyt enzym. De kaldte det RNA-afhængig-DNA-polymerase eller revers transkriptase.
Opdagelsen af dette enzym bekræftede betingelsesløst eksistensen af organismeri stand til omvendt transskription. Begge videnskabsmænd modtog Nobelprisen i 1975. Efter nogen tid foreslog Engelhardt et alternativt navn for revers transkriptase - revertase.
Hvorfor OT modsiger molekylærbiologiens centrale dogme
Det centrale dogme er konceptet med sekventiel proteinsyntese i enhver levende celle. Et sådant skema er bygget op af tre komponenter: DNA, RNA og protein.
Ifølge det centrale dogme kan RNA syntetiseres udelukkende på DNA-skabelonen, og først da er RNA involveret i opbygningen af proteinets primære struktur.
Dette dogme blev officielt accepteret i det videnskabelige samfund før opdagelsen af omvendt transskription. Ikke overraskende er ideen om omvendt syntese af DNA fra RNA længe blevet afvist af videnskabsmænd. Først i 1970, sammen med opdagelsen af reversetase, var en ende på dette problem, hvilket blev afspejlet i begrebet proteinsyntese.
Revertase af fugleretrovirus
Processen med omvendt transkription er ikke komplet uden deltagelse af RNA-afhængig DNA-polymerase. Revertase af aviær retrovirus er blevet undersøgt i det maksimale omfang til dato.
Kun omkring 40 molekyler af dette protein kan findes i en virion af denne familie af vira. Proteinet består af to underenheder, der er lige mange og udfører tre vigtige funktioner for reversease:
1) Syntese af et DNA-molekyle både på en enkeltstrenget/dobbeltstrenget RNA-skabelon og på basis af deoxyribonukleinsyrer.
2) RNase H-aktivering, hvis hovedrolle er atsp altning af RNA-molekylet i RNA-DNA-komplekset.
3) Destruktion af sektioner af DNA-molekyler til indsættelse i det eukaryote genom.
Mekanisme OT
Trinnene til omvendt transskription kan variere afhængigt af virusfamilien, dvs. på typen af deres nukleinsyrer.
Lad os først overveje de vira, der bruger reversetase. Her er OT-processen opdelt i 3 trin:
1) Syntese af "-" RNA-strengen på skabelonen "+" af RNA-strengen.
2) Destruktion af "+"-strengen af RNA i RNA-DNA-komplekset ved hjælp af enzymet RNase H.
3) Syntese af et dobbeltstrenget DNA-molekyle på skabelonen "-" af RNA-kæden.
Denne metode til virionreproduktion er typisk for nogle onkogene vira og human immundefektvirus (HIV).
Det er værd at bemærke, at til syntesen af enhver nukleinsyre på en RNA-skabelon er der behov for et frø eller en primer. En primer er en kort sekvens af nukleotider, der er komplementær til 3'-enden af et RNA-molekyle (skabelon) og spiller en vigtig rolle i initiering af syntese.
Når færdiglavede dobbeltstrengede DNA-molekyler af viral oprindelse integreres i det eukaryote genom, starter den sædvanlige mekanisme for virionproteinsyntese. Som et resultat bliver cellen "fanget" af virussen en virionproduktionsfabrik, hvor de nødvendige protein- og RNA-molekyler dannes i store mængder.
En anden måde til omvendt transkription er baseret på virkningen af RNA-syntetase. Dette protein er aktivt i paramyxovirus, rhabdovirus, picornovira. I dette tilfælde er der ingen tredje fase af OT - dannelsendobbeltstrenget DNA, og i stedet syntetiseres en "+" RNA-kæde på skabelonen af den virale "-" RNA-kæde og omvendt.
Gentagelsen af sådanne cyklusser fører både til replikation af virusgenomet og til dannelsen af mRNA, der er i stand til proteinsyntese under betingelserne for en inficeret eukaryot celle.
Biologisk betydning af omvendt transkription
OT-processen er af afgørende betydning i livscyklussen for mange vira (primært retrovira såsom HIV). RNA'et fra et virion, der angreb en eukaryot celle, bliver en skabelon for syntesen af den første DNA-streng, hvorpå det ikke er svært at færdiggøre den anden streng.
Det opnåede dobbeltstrengede DNA fra viruset er integreret i det eukaryote genom, hvilket fører til aktivering af processerne for virionproteinsyntese og fremkomsten af et stort antal af dets kopier inde i den inficerede celle. Dette er hovedmissionen for Revertase og OT generelt for virussen.
Omvendt transkription kan også forekomme i eukaryoter i forbindelse med retrotransposoner - mobile genetiske elementer, der uafhængigt kan transportere fra en del af genomet til en anden. Sådanne elementer forårsagede ifølge videnskabsmænd udviklingen af levende organismer.
Retrotransposon er en strækning af eukaryotisk DNA, der koder for flere proteiner. En af dem, reversetase, er direkte involveret i delokaliseringen af sådan retrotransporozon.
Brug af OT i videnskab
Siden det øjeblik, hvor reversetase blev isoleret i sin rene form, blev processen med omvendt transkription overtaget af biologer. Studiet af OT-mekanismen hjælper stadig med at læse sekvenserne af de vigtigste menneskelige proteiner.
Faktum er, at genomet af eukaryoter, inklusive os, indeholder ikke-informative regioner kaldet introner. Når en nukleotidsekvens aflæses fra sådan DNA, og der dannes et enkeltstrenget RNA, mister sidstnævnte introner og koder udelukkende for protein. Hvis DNA syntetiseres ved hjælp af reversetase på en RNA-skabelon, så er det nemt at sekventere det og finde ud af rækkefølgen af nukleotider.
Nukleinsyre, der er blevet dannet af revers transkriptase, kaldes cDNA. Det bruges ofte i polymerasekædereaktionen (PCR) til kunstigt at øge kopiantallet af den resulterende cDNA-kopi. Denne metode bruges ikke kun i videnskaben, men også i medicin: laboratorieassistenter bestemmer ligheden af sådan DNA med genomerne af forskellige bakterier eller vira fra et fælles bibliotek. Syntesen af vektorer og deres introduktion i bakterier er et af biologiens lovende områder. Hvis RT bruges til at danne DNA fra mennesker og andre organismer uden introner, kan sådanne molekyler nemt indføres i bakteriegenomet. Så sidstnævnte bliver fabrikker til fremstilling af stoffer, der er nødvendige for en person (f.eks. enzymer).
