"Jednym z celów, jakie wyznaczają sobie naukowcy, jest to, by dowiedzieć się, do czego służy każdy gen" - mówi w rozmowie z PAP prof. Krzysztof Pawłowski ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie (SGGW) . Pracy jest jeszcze sporo. Szacuje się, że ludzki genom zawiera około-20 tys. genów kodujących białka. "Prawie nic nie wiemy o 1/4, a może i o 1/3 tych genów" - mówi w rozmowie z PAP prof. Pawłowski.

Profesor jednak żartuje, że większość biologów działa tak, jak inżynier Mamoń z filmu "Rejs", który lubi tylko te piosenki, które już słyszał. "Tak samo biolodzy lubią badać geny, które już są przebadane" - mówi. Jak dodaje, każdy projekt dotyczący badania nowych genów jest ryzykowny. "Trzeba np. wymyślić nowe narzędzia, aby poznać ten gen. Trudniej też pozyskać grant na badanie czegoś, o czym nie piszą jeszcze w encyklopediach" - opowiada.

Naukowiec - wraz z amerykańsko-polskim zespołem kierowanym przez prof. Vincenta Tagliabracci z UT Southwestern w Dallas (Teksas) - postanowił podjąć ryzyko i zbadać zupełnie nieznany gen. Wyniki badań ukazały się w prestiżowym czasopiśmie "Cell". Publikacje sygnowane przez polskich naukowców są tam niezwykłą rzadkością.

Aby nie tracić czasu na badania genów mało istotnych, naukowcy - nim zaczną badać nowy gen - typują takie, które mają spore szanse okazać się ważne. "Kilka lat temu wpadłem na trop rodziny genów, które niewiele zmieniły się od czasów wspólnych przodków ludzi, grzybów, roślin i bakterii" - opowiada naukowiec. Może to oznaczać, że białka SelO odpowiadają za „starożytne” ścieżki sygnałowe, podobne u tych odległych od siebie grup organizmów. A członkini zespołu prof. Małgorzata Łobocka z IBB PAN i SGGW dodaje, że skoro taki gen obecny jest i u bakterii i u ludzi, to znaczy, że istnieje od czasów, kiedy żyły jeszcze organizmy będące wspólnymi przodkami bakterii i ludzi, czyli musi istnieć nawet parę miliardów lat.

Co więcej, gen ów potrzebny jest do produkcji dosyć nietypowego białka - selenobiałka SelO (selenoprotein-O) "Produkcja tego białka jest bardzo energochłonna. Zawiera ono bowiem tzw. 21. aminokwas - selenocysteinę. U ludzi białek z tym aminokwasem jest zaledwie 25, jest to około promila wszystkich ludzkich białek" - powiedziała PAP prof. Róża Kucharczyk z IBB PAN. Tym bardziej warto było sprawdzić, po co natura od tak dawna inwestuje w produkcję tego kosztownego białka.

Z analiz bioinformatycznych prof. Pawłowskiego wynikało, że białko SelO powinno przypominać budową kinazę. Kinazy to bardzo ważna grupa białek-enzymów, kluczowych dla przesyłania sygnałów w komórkach. Wykorzystują one ATP, nośnik energii w komórce. ATP - Adenozynotrójfosforan składa się z adenozyny, cukru rybozy i trzech reszt fosforanowych. Kinazy odrywają z ATP jedną z reszt fosforanowych i „doklejają” ją do różnych białek. A to zmienia np. aktywność, funkcjonowanie czy lokalizację w komórce owych białek.

Białko SelO jednak nie jest kinazą. Należy do grupy pseudokinaz, czyli ewolucyjnych „kuzynów” kinaz, które nie są jednak aktywne jako enzymy. Stanowią one u człowieka 10 proc. wszystkich kinaz, ale o ich roli nie było dotąd za wiele wiadomo.

Badania Polaków i Amerykanów pokazały, jak działa ta tajemnicza rodzina pseudokinaz. Okazało się, że białka te są jednak aktywne i również wykorzystują ATP, ale w niestandardowy sposób. Przeprowadzają bowiem tzw. AMPylację. Otóż odrywają z ATP dwie reszty fosforanowe, ale nie zużywają ich. Potrzebna jest im pozostała część związku - adenozynomonofosforan (AMP). Białka SelO „doklejają” AMP do innych białek. A to dosyć słabo poznany dotąd sposób zmieniania funkcji innych białek.

Jeśli potraktujemy ATP jako rożek z trzema gałkami lodów, to reszty fosforanowe byłyby gałkami lodów, a pozostała część związku - rożkiem. Kinazy gustują w jednej gałce lodów, a rożkiem gardzą. Tymczasem białka SelO przeciwnie, pozbywają się dwóch gałek lodów i interesują się rożkiem z jedną gałką.

Z eksperymentów wynika, że białko SelO u ludzi i u drożdży piekarniczych umiejscowione jest w mitochondriach. Komórka drożdży uzyskuje ATP na drodze glikolizy lub oddychania mitochondrialnego. Białko SelO w komórce drożdży potrzebne jest wtedy, kiedy uzyskuje ona ATP na drodze oddychania. "Badania na drożdżach piekarniczych jako modelu badawczym, pozwoliły odkryć, że białko to ma znaczenie w odpowiedzi komórki na stres oksydacyjny" - wyjaśnia prof. Róża Kucharczyk. W rozmowie z PAP tłumaczy, w jaki sposób poszukuje się funkcji nieznanych białek. Z komórki drożdży sztuczkami z zakresu inżynierii genetycznej usuwa się gen kodujący dane białko i szuka się zmian w funkcjonowaniu komórek. I tak np. drożdże hoduje się na różnych pożywkach i poddaje różnym stresom. A potem sprawdza, gdzie pojawiają się różnice między szczepem typu dzikiego, a tym pozbawionym badanego genu. Okazało się, że drożdże bez białka SelO radziły sobie gorzej niż szczep niemodyfikowany, kiedy potraktowano je wodą utlenioną. Można się więc domyślać, że usuwając gen upośledzono w nich mechanizmy obrony przed reaktywnymi formami tlenu. Mechanizmy te, bardzo rozbudowane w komórkach eukariotycznych, są niezwykle istotne dla homeostazy komórki, gdyż ich prawidłowe funkcjonowanie decyduje o jej życiu lub śmierci.

Podobne wnioski wynikły z badań na bakteriach prowadzonych przez prof. Małgorzatę Łobocką. "Wiemy, że SelO to ważne dla komórek białka. A właśnie ważne dla pracy komórki białka są celami leków - np. przeciwbakteryjnych, przeciwnowotworowych. Jeśli się uszkodzi nieistotne białko, komórka sobie poradzi. A jeśli np. w bakterii uszkodzimy białko, które jest ważne do jej ochrony np. przed reaktywnymi formami tlenu, pozbawiamy ją oręża w walce z organizmem gospodarza" - tłumaczy prof. Łobocka.

Dodaje, że białka SelO bakterii i ludzi nieco różnią się od siebie. Badaczka ma nadzieję, że kiedyś uda się skonstruować związek, który upośledzi działania bakteryjnego białka, ale już nie białka u człowieka. "To piękny początek badań nad tym genem. Będziemy chcieli zbadać, jak gen ów wpływa na infekcyjność bakterii" - kończy badaczka.

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ agt/