Naukowcy odkryli największe białko zidentyfikowane dotychczas w biologii. Stało się tak dzięki badaniom nad syntezą toksyn przez algi morskie.

W niedawnym badaniu naukowcy z Instytut Oceanografii Scripps na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego (Kalifornia, USA) postanowili odkryć mechanizmy, których używają glony do produkcji złożonych toksyn, aby dowiedzieć się więcej na temat tego, w jaki sposób można łączyć substancje chemiczne na potrzeby biologii syntetycznej i opracowywania leków. Jednak w trakcie tego procesu odkryli największe białko zidentyfikowane dotychczas w biologii.

Znana powszechnie jako złota alga, Prymnesium parvum jest jednokomórkowym mikroorganizmem, który żyje zarówno w słodkiej, jak i słonej wodzie na całym świecie. Jest znany z toksyny, którą produkuje, zwanej prymnezyną, która uszkadza skrzela ryb i innych zwierząt oddychających w wodzie. Prymnezyna należy do rodziny polieterów poliketydowych, znanej grupy toksyn znanych ze swoich dużych rozmiarów i złożoności. Przez wiele lat naukowcy próbowali zrozumieć, w jaki sposób te mikroorganizmy są w stanie wytwarzać najbardziej złożone substancje chemiczne w biologii.

Od 2019 roku członkowie obecnego zespołu badawczego próbują rozszyfrować, w jaki sposób alga złota produkuje toksynę na poziomie biochemicznym i genetycznym. Zespół rozpoczął od sekwencjonowania genomu algi i zastosował niestandardowe metody, aby zidentyfikować superdługie geny. Znaleźli masywne geny syntazy poliketydowej i odpowiadające im enzymy, które wcześniej uniknęły wykrycia. W tym procesie zespół zidentyfikował największe białko zidentyfikowane dotychczas w biologii, nazywając je PKZILLA-1. To białko jest o 25% większe od poprzedniego rekordzisty tytyny, białka w ludzkich mięśniach, które może osiągnąć 1 mikron długości. Zidentyfikowali również PKZILLA-2, inne duże białko. Zszokowani ich rozmiarem i produkcją przez algi złote, naukowcy zastanawiali się, czy duże białka są bezpośrednio zaangażowane w produkcję prymnezyny.

Poznaj białko, które powoduje uszkodzenie nerwów w przypadku urazu mózgu

Naukowcy odkryli białko odpowiedzialne za uszkodzenie nerwów po urazie, co pozwala na opracowanie potencjalnego sposobu leczenia urazowego uszkodzenia mózgu.

Po kaskadzie reakcji chemicznych prowadzących do produkcji toksyn, zespół odkrył, że PKZILLA-1 i PKZILLA-2 odgrywają kluczową rolę, ujawniając nieznane dotąd strategie wytwarzania substancji chemicznych w naturze. Uzyskując informacje dotyczące podstaw genetycznych tych dużych białek i roli, jaką odgrywają w produkcji toksyn, zespół dostarczył wglądu w skomplikowany i złożony proces budowy toksyn, potencjalnie oferując naukowcom nowy sposób syntezy związków do celów przemysłowych lub medycznych. „Zrozumienie, w jaki sposób natura rozwinęła swoją chemiczną magię, daje nam jako naukowcom możliwość zastosowania tych spostrzeżeń do tworzenia użytecznych produktów, niezależnie od tego, czy jest to nowy lek przeciwnowotworowy, czy nowa tkanina” — zauważył starszy autor Bradley Moore.

Co więcej, te odkrycia mogą poprawić wysiłki monitorujące w celu ochrony przed szkodliwymi zakwitami glonów. „Monitorowanie genów zamiast toksyn może pozwolić nam na wykrycie zakwitów zanim się rozpoczną, zamiast być w stanie zidentyfikować je dopiero, gdy toksyny zaczną krążyć” – skomentował Timothy Fallon, współautor pierwszego artykułu.

W przyszłości naukowcy planują zastosować niekonwencjonalne techniki badań genetycznych do innych organizmów wytwarzających toksyny polieterowe. Umożliwiłoby to dokładniejszy monitoring toksycznych alg, co miałoby znaczący globalny wpływ.