“Përshtatu ose zhduku – ky, si gjithmonë, është urdhri i pandalshëm i natyrës,” shkroi H. G. Wells. Ky parim – se mbijetesa kërkon ndryshim – është zotëruar miliarda vjet më parë nga organizmat njëqelizorë që jetojnë në nxehtësi ekstreme. Gjatë dekadave të fundit, studimet mbi mekanizmat e tyre të përshtatjes kanë çuar në teknologji revolucionare: nga përforcimi i shpejtë i ADN-së (PCR) dhe prodhimi i proteinave të qëndrueshme ndaj nxehtësisë, deri te krijimi i karburanteve dhe kimikateve.
Më mbresëlënësit prej këtyre organizmave janë hipertermofilët, që jetojnë në kratere vullkanike, në burime termale dhe në çarje hidrotermale në fund të oqeanit – mjedise ku temperaturat kalojnë 80°C. Një metodë e re e zhvilluar nga studiues të Weizmann Institute of Science zbulon se si hipertermofilët modifikojnë molekulat e tyre të ARN-së në qendër të ribozomit – fabrikës së prodhimit të proteinave – për të mbijetuar në nxehtësi ekstreme.
Zbulimet nga laboratori i profesor Schraga Schwartz, të botuara së fundmi në revistën Cell, sfidojnë idenë e deritanishme se proceset themelore të jetës janë të njëjta në të gjitha speciet dhe gjatë gjithë jetës së tyre. Këto rezultate mund të çojnë në përmirësime të teknologjive mjekësore dhe industriale që bazohen në ARN, si dhe të ndihmojnë në zgjidhjen e një misteri të vjetër në zhvillimin e barnave.
Si ndryshojnë modifikimet e ARN-së ribozomale
Ribozomi është një nga strukturat më të hershme dhe më themelore biologjike, i përbashkët për të gjitha tre domenet e jetës: archaea, baktere dhe eukariotë. Në fund të viteve 1950, studiuesit zbuluan se ARN-ja ribozomale i nënshtrohet “redaktimit kimik” – modifikimeve pas prodhimit të saj në qelizë. Por për shkak se këto ndryshime ishin shumë të vështira për t’u matur, mbeti e paqartë sa ndryshonin mes specieve ose si reagonin ndaj kushteve të ndryshme të mjedisit.
“Deri vonë supozohej gjerësisht, kryesisht bazuar në kërkime te maja dhe te njerëzit, se modifikimet e ARN-së në ribozom ishin të njëjta për të gjithë anëtarët e një specieje dhe nuk ndryshonin me mjedisin,” shpjegon Schwartz nga Departamenti i Gjenetikës Molekulare në Weizmann.
“Megjithatë, vitet e fundit janë paraqitur prova në disa specie që tregojnë se këto modifikime mund të jenë dinamike, duke i lejuar ribozomet të përshtaten me mjedisin. Por ta vërtetoje këtë në shkallë të gjerë ishte tepër e vështirë për shkak të shumëllojshmërisë së modifikimeve, vështirësive në identifikimin e tyre dhe kufizimeve të metodave ekzistuese, të cilat zakonisht lejonin studimin e vetëm një lloji modifikimi për mostër.”
Metoda të reja zbulojnë përshtatje dinamike
Sistemi i ri, i zhvilluar në laboratorin e Schwartz nën drejtimin e Dr. Miguel A. Garcia-Campos, u jep shkencëtarëve mundësinë të analizojnë 16 lloje modifikimesh në dhjetëra mostra ARN-je – një hap gjigant në fushën e studimeve mbi redaktimin e ARN-së. Duke përdorur këtë sistem, studiuesit hartuan modelet e modifikimeve në 10 organizma njëqelizorë dhe i krahasuan me katër specie të studiuara më parë.
Ata zgjodhën me qëllim ekstremofilet – organizma që lulëzojnë në kushte të rënda mjedisore – përfshirë tre hipertermofilë, duke supozuar se mekanizmat e përshtatjes së ribozomeve me mjedisin do të shfaqeshin më qartë te këto organizma.
“Ndryshe nga shumica e baktereve dhe archaea-ve, të cilat mjaftohen me vetëm disa dhjetëra modifikime të ARN-së ribozomale, te speciet hipertermofile gjetëm qindra,” thekson Schwartz. “Sa më e nxehtë të ishte natyra e habitatit të një organizmi, aq më shumë modifikime kishte ribozomi i tij.”
Pasi vunë re ndryshime mes specieve të mjediseve të ndryshme, studiuesit pyetën veten nëse një specie mund të “ri-redaktojë” ARN-në e vet ribozomale gjatë jetës – pra të ndryshojë strukturën e ribozomit si përgjigje ndaj ndryshimeve mjedisore. Për ta testuar këtë, ata kultivuan secilën specie në tre deri në pesë kushte të ndryshme.
Për mezofilët – mikroorganizma që jetojnë në temperatura mesatare – shumica e modifikimeve ishin të përhershme dhe nuk ndryshuan me mjedisin. Në të kundërt, gati gjysma e modifikimeve te hipertermofilët ishin dinamike, duke u shfaqur në më shumë pika të ARN-së ndërsa rritej temperatura. Kjo tregoi se ribozomi përshtatet aktivisht me nxehtësinë gjatë jetës së organizmit.
Zbulime kyçe për metilimin dhe acetilimin
Tre lloje modifikimesh u identifikuan si më të shpeshta në temperatura më të larta. “Një zbulim veçanërisht i papritur ishte se një prej këtyre modifikimeve – shtimi i një grupi metil (metilim) – shfaqej pothuajse gjithmonë bashkë me një tjetër modifikim: shtimin e një grupi acetil (acetilim),” thotë Schwartz.
Kjo sugjeroi se dy modifikimet bashkëpunojnë. Në bashkëpunim me grupin e Prof. Sebastian Glatt në Universitetin Jagiellonian në Krakov, ata testuan qëndrueshmërinë e ARN-së pa asnjërin modifikim, me secilin veç e veç dhe me të dyja bashkë. Dy modifikimet veçmas e stabilizonin ARN-në, por së bashku efekti ishte shumë më i madh – më i madh se shuma e efekteve individuale.
Çfarë tregon mikroskopia kriogjenike
Për të kuptuar si ndryshojnë këto modifikime strukturën e ribozomit, studiuesit bashkëpunuan me ekipin e Prof. Moran Shalev-Benami në Departamentin e Kimi-Biologjisë Strukturore të Weizmann, i cili përdori mikroskopi kriogjenike elektronike për të hartuar ribozomin e një archeoni hipertermofil në dy gjendje: me enzimën e metilimit aktive në temperatura të larta dhe me të çaktivizuar.
Grupet metil të shtuara në temperatura të larta u shpërndanë në gjithë ribozomin, duke formuar lidhje të dobëta me molekulat përreth që së bashku e forconin strukturën. Po ashtu, zonat e redaktuara kishin më pak hapësira bosh, duke vepruar si “tapë” që vulos vrimat në strukturë.
Këto zbulime përshkruajnë një mekanizëm të sofistikuar ku ndryshimet kimike, edhe të vogla, mund të rrisin ndjeshëm qëndrueshmërinë e ribozomit, duke i lejuar organizmat të funksionojnë në kushte ekstreme. Ato gjithashtu mund të ndihmojnë në shpjegimin e fenomenit prej kohësh të vërejtur “methyl magic” – rritja qindrafish e efektit të disa barnave pas shtimit të një grupi metil.
“Itani duket se disa modifikime në një molekulë ARN-je – si metilimi dhe acetilimi – nuk duhet të shihen veç e veç, por si pjesë e një kodi të kombinuar,” thotë Schwartz. “Studimi ynë ndihmon të zbulojmë ndërveprimet mes modifikimeve të ndryshme, dhe metoda jonë mund të përshpejtojë studimin e shumë llojeve të tjera modifikimesh dhe organizmash të rinj.”
“Ka sot shumë teknologji që bazohen në ARN-në – nga vaksinat kundër pandemive, diagnostikimet e kancerit dhe terapitë, deri te veglat për redaktim gjenetik të përdorura në bioteknologji dhe mjekësi,” shton ai. “Procesi natyror i redaktimit të ARN-së është rafinuar për miliarda vjet, dhe zbulimi i sekreteve të tij mund të hapë rrugën për teknologji më të sigurta dhe më efikase.”
