Geneetilised juhised liiguvad rakkudes DNA-st mRNA-le (informatsiooni RNA-le) ja sealt edasi valkudesse. Levinud dogma järgi pole vastupidine võimalik. Töö autor Karl Jürgenstein piltlikustab selle kandvat ideed vanakreeka eepose kirjanduslike reeglitega, mida tuleb järgida nii seda tõlgendades kui ka näitemänguna edasi arendades.

Pärilikkusaine info edastamisel tegutsevad valgud justkui näitlejatena, kelle eksimused mõjutavad ainult ühte etendust. Nad kõik juhinduvad stsenaariumist, mis jutustab eepose põhilugu läbi näitekirjaniku tõlgenduste ja tehtud valikute. Sarnaselt vajab ribosoom valkude tootmiseks DNA eeposest märkmeid sõnumitooja mRNA-lt.

Vigu juhtub paratamatult

Juhised toimetab mRNA DNA-st edasi nelja tähega: A, U, C ja G. Nendest moodustuvad kolmetähelised kombinatsioonid ehk koodonid, mida järgides valmistavad rakkudes peituvad ribosoomid elutegevuseks vajalikke valke suurel kiirusel ja lakkamatult töötava mootorina.

Aeg-ajalt tekivad ribosoomi töös vead: umbes kord mõne tuhande koodoni kohta liigub mRNA lugemisraamist välja või lisab ribosoom valku vale aminohappe. Kui viga juhtub mõne kriitiliselt olulise valgu sünteesil, ei pruugi katkine valk täita enam oma ülesandeid, mis võib viia omakorda mutatsioonideni DNA-s.

Senised teadmised selle seose kohta pärinevad peamiselt soolekepikese Escherichia coli'ga tehtud katsetest. Jürgensteini huvitas, kas samad põhimõtted kehtivad ka teistes bakterites. Selleks keskendus ta bakteriperekonnale Pseudomonas, mille esindajaid leidub nii mullas kui ka inimese organismis. Oma Tartu Ülikooli molekulaar- ja rakubioloogia instituudis kaitstud doktoritöös uuris ta, kuidas ja millistel tingimustel seostub valgusünteesi täpsus eluterve genoomi püsivusega.

Mõju ulatuslikkus sõltub kontekstist

Jürgenstein häiris translatsiooni ehk koodon-juhiste kaudu valkude tootmise täpsust kahel viisil. Esiteks eemaldas ta valgusünteesi vähendavate tRNA-molekulide normaalseks talituseks vajalikud ensüümid TruA ja RluA ning teiseks muutis ribosoomi valku uS5, mis osaleb kaudselt õige ja vale koodoni äratundmises.

Uuringute tulemused tõid kaasa nii ootuspärast kui ka üllatavat. Näiteks langes ilma TruA ensüümita kogu valgusünteesi täpsus ja rakud kogusid mutatsioone viis korda kiiremini.

Ribosoomvalgu uS5 mutantide puhul tõusis mutatsioonisagedus enamike vähenenud valgusünteesi täpsusega mutantides. Üllatuslikult selgus, et valgusünteesil enim vigu tegev mutant jäi DNA mutatsioonide tekitamise sageduselt hoopis muutumatuks.

Seega ei ennusta valgusünteesi täpsuse ja genoomi püsivuse omavahelist seost pelgalt vigade hulk. Olulisem on mõista nende esinemissagedust, rakulist konteksti ja bakteriliigist tulenevaid erinevusi. Ühtlasi tõestab seose keerulisus, kui palju võib olla veel bakterite bioloogiast avastamata, tavapärasest mudelorganismist kaugemal.

Kirjeldatud protsesse võib näha ka mujal kui bakterites. Kuna Jürgensteini uuritud bakteriaalsetel valkudel on sarnase funktsiooniga vasted ka inimese rakkudes, võib uus leid aidata mõista pärilike haiguste kujunemist või sillutada tee uutele ravimeetoditele.

Karl Jürgensteini juhendasid Tartu Ülikooli molekulaar- ja rakubioloogia instituudi mikroobigeneetika professor Maia Kivisaar, molekulaarbioloogia kaasprofessor Jaanus Remme ja geneetika teadur Heili Ilves. Oponeeris Pasteuri instituudi teadusdirektor Zeynep Baharoglu. Tutvu doktoritööga "Valgusünteesi täpsuse ja genoomi stabiilsuse tingimuslik põimumine bakteriperekonnas Pseudomonas" Tartu Ülikooli digikogus.