مولکولی کوچک که همانند کلید روشن و خاموش تولید آنتی بیوتیک در استرپتومایسز عمل می کند

باکتری استرپتومایسز(Streptomyces) موجود در خاک، رشته های فیلامنتی شکل دارد و برج های مارپیچی از اسپورها ایجاد را می کند.

 

دانشندان موفق به شناسایی کلید روشن و خاموش، برای استرپتومایسزها (گروهی از باکتری های خاک که بیش از دوسوم آنتی بیوتیک های طبیعی جهان را تولید می کنند) شدند. امید آنها اکنون برای این است که ببینند آیا امکان دستکاری این کلید ها برای تولید بیشتر آنتی بیوتیک وجود دارد یا خیر.

این مطالعه که در ماه اوت در مجله Cell به چاپ رسیده است، نشان می دهد که یک واکنش اختصاصی بین یک مولکول کوچک به نام cyclic-di-GMP و یک پروتئین بزرگ به نام BldD به صورت کامل، کنترل تولید آنتی بیوتیک ها را در باکتری به دست می گیرد.

محققان متوجه شده اند که این مولکول کوچک به گونه ای از چسب مولکولی تبدیل شده و دو کپی از BldD را به عنوان یک واحد به هم متصل کرده و رشد در باکتری گرم مثبت استرپتومایسز را تنظیم می کند.

دکتر Maria A. Scumacher متخصص بیوشیمی در دانشکده پزشکی دانشگاه Duke می گوید:

"برای دهه ها، دانشمندان به دنبال این واقعیت بودند که چگونه رشد استرپتومایسز خاموش شده و شروع به تمایز چند سلول غیر طبیعی می کند که در آن آنتی بیوتیک تولید می شود. اکنون ما نه تنها می دانیم که cyclic-di-GMP مسئول این کار می باشد، حتی می دانیم این مولکول چگونه با پروتئین BldD  واکنش داده و آن را فعال می کند."

استرپتومایسزها چرخه حیات پیچیده ای با دو فاز مجزا دارند: تقسیم یا فاز رویشی و یک فاز مشخص که در آن باکتری ها شبکه ای از رشته ها را تشکیل می دهند تا دبری های معدنی را هضم کرده و آنتی بیوتیک ها و دیگر متابولیت ها را تولید کنند. در انتهای دومین فاز، باکتری ها تولید شاخه های رشته ای کرده که در هوا کشیده شده و تولید اسپور های حلقوی می کنند.

در ۱۹۹۸ دانشمندان ژنی را کشف کردند که تولید این رشته های طویل مارپیچ را درسطح استرپتومایسزهای کشت داده شده مهار می کرد. آنها متوجه شدند که این ژن که با توجه به شکل صاف (bald) آن BldD نامیده شده بود، تولید آنتی بیوتیک ها را نیز تحت تاثیر قرار می دهد.

مطالعات بعدی نشان دادند که BldD  یک پروتئین ویژه به نام عامل رونویسی (transcription factor) است ( گونه ای از تنظیم کننده های اصلی سلولی که به DNA متصل شده و بیش از صدها ژن را خاموش و یا روشن می کند تا پروسه های زیستی مانند اسپورزایی را کنترل کند). اما برای بیش از یک دهه از این تحقیقات، کسی نتوانست مولکولی که این پروتئین را در استرپتومایسز تنظیم میکند و مغز متفکر این فعالیت ها می باشد را شناسایی کند.

سپس دانشمندان مرکز John Innes در انگلستان (جایی که بیشترین تحقیقات بر روی استرپتومایسز انجام شده) کشف کردند که مولکول کوچک cyclic-di-GMA، به وسیله عوامل رونویسی متعددی که با BldD  تنظیم می شوند تولید می شود. دانشمندان یک آزمون سریع برای تشخیص اینکه این مولکول خود به BldD  متصل می شود یا نه انجام دادند و با تعجب به این اتصال پی بردند. آنها همکاران خود Scumacher) و (Richard G. Brennan در Duke را مطلع ساختند تا با دقت بیشتری واکنش این مولکول را مورد بررسی قرار دهند.

گروه Duke از روشی به نام کریستالوگرافی اشعه X برای ایجاد ساختار سه بعدی ترکیب BldD -(cyclic-di-GMP) در سطح اتمی استفاده کردند.

به طور طبیعی BldD  به صورت یک مولکول تنها یا مونومر موجود است اما هنگام اتصال به DNA و مهار اسپورزایی، برای داشتن عملکرد با یک کپی دیگر از خود همراه می شود. ساختار سه بعدی ایجاد شده به وسیله دانشمندان آشکار ساخت که این دو کپی از BldD هیچ وقت به صورت فیزیکی در تماس با یکدیگر نیستند و درعوض به وسیله چهار کپی از cyclic-di-GMP به هم متصل می شوند.

پروفسور Brennan سر گروه  بیوشیمی دانشکده پزشکی دانشکاه Duke می گوید:

" ما داده های مرکز اطلاعاتی پروتئین ها را بررسی کرده و با اطلاعات خود مقایسه کردیم، این یافته به نظر منحصر به فرد می آمد. ما هرگز پیش از این چنین ساختاری که در آن دو مونومر یک ساختار عملکردی دایمر را بدون اتصال مستقیم و تنها به کمک نوعی مولکول چسب مانند تشکیل دهند مشاهده نکرده بودیم."

برای تایید این یافته ها، Schumacher ساختار های کریستالی متعددی را از سویه های مختلف باکتری (S. venezuelae و S. coelicolor) شناسایی کرده و به نتایج یکسانی دست یافتند.

اکنون که محققان کشف کرده اند که چگونه cyclic-di-GMP و BldD  می توانند به یکدیگر متصل شوند تا اسپورزایی را مهار کرده و تولید آنتی بیوتیک را فعال کنند، چگونگی جدا شدن این مولکول ها و معکوس شدن این روند را مورد بررسی قرار خواهد داد.

منبع: Cell

  • نویسنده : سامان میلانی زاده
  • تاریخ انتشار : ۰۹-۰۸-۹۳