Kuidas panna kokku elus masin? Tartu Ülikooli teadlased teavad vastust ({{commentsTotal}})

Bakterirakk.
Bakterirakk. Autor/allikas: Pixabay

Teadusajakirjas Nature Communications ilmus Tartu Ülikooli teadlaste artikkel, mis aitab välja selgitada kitsaskoha sünteetilises bioloogias. Nende töö näitab, kust tuleb viga otsida ja mida parandada, et panna laboris kokku hästi töötav ribosoom.

Ribosoomi nimetatakse ka bioloogiliseks või elus masinaks. See on raku kõige väiksem organell, millel on väga tähtis ülesanne: "kasutades" DNA peal kirjas olevat "juhist", paneb ribosoom kokku valgu molekule. Valgud on meie organismi ühed kõige tähtsamad ained, millest sõltub iga meie mõte, emotsioon ja liigutus.

Selle elutähtsa molekulaarse masina, ribosoomi avastas USA teadlane G. Palade, kes pälvis 1974. aastal Nobeli meditsiini ja füsioloogiapreemia. Samal ajal õppis meie loo peategelane Jaanus Remme Tartu ülikoolis bioloogiat ja geneetikat.

Enne, kui räägime Remmest ja tema kolleegide uuest avastusest, tasub meelde tuletada, et 1970. aastad oli aeg, mil bioloogialaborites üle maailma hakati mängima rakkudes oleva päriliku materjaliga, täpsemalt hakati sellega manipuleerima. See oli aeg, mil pead hakkas tõstma sünteetiline bioloogia.

Sünteetilise bioloogia saladused

Praegu mõjutab sünteetiline bioloogia meie kõigi elusid ja kõiki maailmamajanduse harusid. Võib öelda, et tänu sellele teadussuunale on saanud võimalikuks elu geneetiline ümberprogrammeerimine.

See tähendab, et elus rakke programmeeritakse käituma nii, nagu meil parasjagu vaja on. Muu hulgas loodetakse sel viisil võita näiteks vähkkasvaja. Selleks võib luua näiteks raku, mis otsib organismis üle vähirakud ja hävitab need.

Ent sünteetiline bioloogia on ka see, kui tudengid valmistavad plasti, kasutades selleks nafta asemel suhkrut. Samuti kuulub sellesse valdkonda hiljutine uudis sellest, et teadlased lisasid DNA-le kaks uut tähte, mis võimaldab luua palju uusi eluvorme. Sellise "laiendatud repertuaariga" DNA-ga saab suunata elusorganismide kodeeritud uudsete molekulide sünteesi.

Protein translation

Ribosoomi töö animatsioon. Allikas: Wikimedia Commons

"Bioloogiliste masinate muutmine meile soovitud suunas ongi sünteetiline bioloogia," selgitas professor Remme. "Me tegeleme Tartu Ülikoolis sünteetilise bioloogia alustega, st tööriistade väljatöötamisega. Neid saaks kasutada väga paljudel eesmärkidel, sh haiguste paremaks diagnoosimiseks ja raviks."

"Kuid selleks, et sünteesida uudseid valke, mis suudaksid teha midagi niisugust, mida olemasolevad valgud ei suuda, peame õppima valkudesse lülitama tavalisest erinevaid koostisosi – aminohappeid," rääkis Remme kolleeg Margus Leppik. "Selleks tuleb muu hulgas teha ümber ribosoome."

Kahjuks ei ole teadlaste teadmised ribosoomidest nende "ümberehitamiseks" veel piisavad. Nad ei tea, kuidas täpselt ribosoomi muuta, et see sünteesiks vajaminevat valku.  

"Märksa lihtsam oleks valida meile sobivate omadustega ribosoomid välja juhuslikult muudetud ribosoomide hulgast," sõnas Remme.

Koostöö USA teadlastega

Soovitused, kuidas juhuslikult muudetud ribosoomide hulgast just soovitud omadustega ribosoome leida, on endale väga hästi selgeks teinud USA Illinoisi Ülikooli teadlased. Selleks on nad Alexander Mankini juhtimisel loonud kunstlikud ribosoomid, mille kaks osa on omavahel seotud nii, et need ei saa lahkneda.

Kes ei mäleta, siis ribosoomid koosnevad alati kahest eraldiseisvast osast, mis peavad valkude tootmiseks seonduma üheks töötavaks tervikosakeseks. Üks ribosoomi osa vastutab geenides oleva info lugemise ja teine aminohapete valguks ühendamise eest.

Spetsialistide jaoks oli aga üllatav, et kuigi USA teadlaste "ühendatud" ribosoomid suudavad asendada harilikke ribosoome ja sünteesida kõiki vajalikke valke, kulgeb süntees väga aeglaselt.

Siinkohal tulid Mankinile appi Tartu Ülikooli molekulaar- ja rakubioloogia instituudi molekulaarbioloogia labori teadlased.

Selles laboris on uuritud ribosoomide kokkupanekut bakterirakkudes juba pikemat aega. Nüüd näitasid seal töötavad Margus Leppik ja Jaanus Remme katsetega, et peamine põhjus, miks "ühendatud" ribosoomid ei taga bakteritele vajalike valkude piisavalt kiiret sünteesi, seisneb ribosoomide endi kokkupanekus.

Valkude õmblustöökoda

Nimelt on "ühendatud" ribosoomide kokkupanek rakkudes mitu korda aeglasem kui tavaliste, kahest poolest koosnevate ribosoomide valmistamine. Terve ribosoom koosneb umbes 60 erinevast molekulist ja nii keerulise süsteemi kokkupaneku seaduspärasused elusrakkudes on veel paljuski avastamata.

Teadlaste avastust võib võrrelda õmblustöökojaga, kus on kasutusel uued õmblusmasinad, kuid toodangut tuleb napilt. Milles on viga: kas töölistes, masinates, juhtides või natuke neis kõigis?

"Meie puhul on vastus veidi ootamatu: masinatest töötab ainult väike osa, kuna enamik masinaid on valesti kokku pandud," näitlikustas Remme. "Vaja on inseneri, kes masinad korrektselt kokku paneks, siis tuleks ka toodang. Meie avastuse juures on peategelased ribosoomid ehk valku valmistavad molekulaarsed masinad."

"Nüüd kui me teame, miks "ühendatud" ribosoome on nii raske efektiivselt kokku panna, saame neid paremaks muuta, kasutades teadmisi ribosoomide sünteesi kohta bakterites," rääkisid Leppik ja Remme.

Niisiis on kunstlikult valmistatud ribosoomid justkui uued õmblusmasinad, millega saaks valmistada seninägematuid rõivaid – näiteks selliseid, mis koosnevad osaliselt kangast, aga osaliselt metallist, klaasist või millestki veelgi ebatavalisemast. "Harilikud masinad ei suuda riidekangast plekiga ühendada. Meie teadustöö näitab, kust tuleb viga otsida ja mida tuleks parandada. Selleks et teha uudne masin, tuleb see ka uut moodi kokku panna," ütles Remme.

Autor: Margus Leppik



Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: