Znanstveniki so v bakterijskem obrambnem sistemu odkrili nenavaden način izdelovanja DNK, ki ima pomembne podobnosti z delovanjem telomeraze, encima za zaščito koncev kromosomov. Raziskava, objavljena v reviji Nature, razkriva presenetljivo evolucijsko povezavo med bakterijsko obrambo pred virusi in molekularnimi procesi, povezanimi s celičnim staranjem. Odkritje odpira nove možnosti raziskovanja, vendar ne pomeni, da so znanstveniki našli način za upočasnitev staranja.

Simbolična slika povezave med bakterijskimi obrambnimi mehanizmi, DNK in zaščito človeških kromosomov. (slika: Dnevne Novice / AI ilustracija)

Bakterijsko odkritje razkriva presenetljivo povezavo.

Kaj imata skupnega bakterija, ki se brani pred virusom, in človeška celica, ki mora zaščititi konce svojih kromosomov? Na prvi pogled zelo malo. Toda raziskovalci so v bakterijskem obrambnem sistemu DRT10 odkrili način izdelovanja DNK, ki v pomembnih značilnostih spominja na delovanje telomeraze.

Odkritje, predstavljeno 12. oktobra 2026 v znanstveni reviji Nature, je zanimivo zaradi nepričakovane podobnosti med dvema biološkima procesoma. Medtem ko bakterije sistem DRT10 uporabljajo pri obrambi pred virusi, telomeraza v določenih celicah sodeluje pri vzdrževanju telomer, zaščitnih območij na koncih kromosomov. Raziskava nakazuje, da imata lahko oba mehanizma skupne evolucijske korenine.

Bakterijska obramba razkrila nenavaden način izdelovanja DNK

Bakterije se v naravi nenehno srečujejo z bakteriofagi, virusi, ki okužijo njihove celice in jih izkoristijo za razmnoževanje. Skozi evolucijo so zato razvile številne načine obrambe. Nekateri omogočajo prepoznavanje tujega genetskega materiala, drugi posegajo v procese, ki jih virus potrebuje za uspešno okužbo.

Med manj poznanimi obrambnimi sistemi so tisti, ki uporabljajo reverzne transkriptaze. Ti encimi lahko izdelujejo DNK na podlagi zapisa v RNK, kar je obratna smer od običajnega prepisovanja informacij iz DNK v RNK. Eden takšnih sistemov je DRT10, ki so ga raziskovalci podrobno preučili zaradi njegove nenavadne molekularne zgradbe.

Njegova posebnost je že sam začetek izdelovanja DNK. Medtem ko se sinteza DNK običajno začne s kratkim odsekom nukleinske kisline, DRT10 uporablja beljakovinski del sistema, na katerem se začne tvoriti novo zaporedje. Znanstveniki takšen način imenujejo sinteza DNK z beljakovinskim začetnikom oziroma protein-primed synthesis.

Sistem lahko na podlagi nekodirajoče RNK ustvarja dolga zaporedja DNK, sestavljena iz ponavljajočih se delov. Prav sposobnost izdelovanja ponovitev je raziskovalce usmerila k primerjavi s telomerazo.

Dve molekuli encima, vendar le ena ustvarja dolge ponovitve

Raziskovalci so delovanje DRT10 preučili z biokemijskimi poskusi in kriogeno elektronsko mikroskopijo, metodo, ki omogoča vpogled v tridimenzionalno zgradbo molekularnih kompleksov. Ugotovili so, da se dve molekuli reverzne transkriptaze vežeta na nasprotni strani približno simetrično oblikovane nekodirajoče RNK.

Čeprav lahko obe encimski enoti uporabljata ustrezni območji RNK kot predlogo za izdelovanje DNK, le ena ustvarja dolg produkt s ponavljajočimi se zaporedji. Pri tem imata pomembno vlogo dve strukturi RNK v obliki stebla z zanko. Razdalja med njima omejuje območje predloge, ki ga encim uporablja pri nastajanju ponovitev.

Takšna molekularna ureditev pojasnjuje, kako lahko bakterijski sistem iz razmeroma kratke predloge RNK izdela bistveno daljši produkt DNK. Ugotovitev razširja poznavanje reverzne transkripcije in razkriva, kako raznoliki so lahko načini izdelovanja genetskega materiala.

Telomere varujejo kromosome, njihovo krajšanje pa spremlja staranje celic

Na koncih človeških kromosomov so telomere, posebna območja ponavljajočih se zaporedij DNK in z njimi povezanih beljakovin. Njihova naloga je zaščita kromosomov pred poškodbami in neželenimi celičnimi odzivi, ki bi se lahko pojavili, če bi celica konec kromosoma napačno prepoznala kot poškodovan genetski material.

Ob številnih celičnih delitvah se telomere postopoma krajšajo. Ko izgubijo ustrezno zaščitno funkcijo, se lahko celica preneha deliti in preide v stanje, povezano s celičnim staranjem. Vendar staranje človeka ni odvisno samo od telomer. Nanj vplivajo tudi poškodbe DNK, presnovne spremembe, motnje v delovanju beljakovin in številni drugi procesi.

Zato dolžine telomer ni mogoče razumeti kot preprostega merilnika življenjske dobe. Njihovo vlogo pri zaščiti kromosomov pojasnjuje tudi ameriški National Human Genome Research Institute.

Pri vzdrževanju telomer v določenih celicah sodeluje telomeraza. Ta encim uporablja lastno molekulo RNK kot predlogo, na podlagi katere na konce kromosomov dodaja ponavljajoča se zaporedja DNK. Podobno osnovno načelo so raziskovalci prepoznali tudi pri bakterijskem sistemu DRT10, čeprav se njuni nalogi bistveno razlikujeta.

Nepričakovana podobnost odpira vprašanje skupnega prednika

Primerjava molekularnih značilnosti je raziskovalce spodbudila k preučevanju evolucijskih razmerij med reverznimi transkriptazami. Njihove analize podpirajo možnost, da telomeraza in bakterijski encimi iz družine DRT izvirajo iz sorodnih evolucijskih linij.

To ne pomeni, da se je človeška telomeraza razvila neposredno iz današnjega DRT10. Odkritje nakazuje, da so lahko nekatere sposobnosti teh encimov obstajale že pri njihovih davnih skupnih prednikih, pozneje pa so se prilagodile različnim biološkim nalogam.

V bakterijah takšen sistem sodeluje pri obrambi pred virusi, v kompleksnejših celicah pa telomeraza pomaga ohranjati konce kromosomov. Raziskava tako ponuja vpogled v to, kako se lahko sorodni molekularni mehanizmi skozi evolucijo razvijejo v sisteme z zelo različnimi funkcijami.

V človeških celicah so izdelali telomerna zaporedja DNK

Raziskovalci so preverili tudi, ali lahko bakterijski sistem uporabijo zunaj njegovega običajnega okolja. Po navedbah Columbia University Irving Medical Center jim je z uporabo DRT10 v človeških celicah uspelo izdelati zaporedja DNK, značilna za človeške telomere.

Gre za pomembno eksperimentalno ugotovitev, vendar z jasno omejitvijo. Nastanek telomernih zaporedij v celici še ne dokazuje, da so bila ta dodana na konce kromosomov. Raziskovalci prav tako niso pokazali, da bi DRT10 podaljšal telomere ali upočasnil staranje celic.

Pred morebitno uporabo takšnega sistema bi morali znanstveniki ugotoviti, kako njegovo delovanje usmeriti na natančno določena mesta in preprečiti neželene spremembe dednega zapisa. Šele nadaljnji poskusi bi lahko pokazali, ali je mogoče njegove lastnosti uporabiti pri raziskovanju vzdrževanja kromosomov.

Iskanje bioloških dejavnikov dolgoživosti sicer poteka tudi na drugih področjih. Raziskovalci preučujejo živalske vrste, ki dosegajo izjemno visoko starost, in raziskujejo povezavo med DNK in dolgoživostjo ter posebnosti njihovih celičnih zaščitnih mehanizmov. Odkritje DRT10 tem raziskavam dodaja novo molekularno izhodišče, ne pa že razvite metode za podaljševanje življenja.

Zakaj je pri raziskovanju telomer pomemben tudi rak?

Telomeraza ima pomembno vlogo tudi pri biologiji raka. Številne rakave celice imajo povečano aktivnost tega encima, kar jim pomaga ohranjati sposobnost nadaljnjih delitev. Poseganje v mehanizme vzdrževanja telomer zato ni nujno koristno v vseh okoliščinah.

Na povezavo med telomerazo in rakavimi celicami opozarja tudi ameriški National Cancer Institute. Če bi raziskovalci v prihodnosti želeli bakterijski sistem uporabiti za vplivanje na telomerna zaporedja, bi morali skrbno preveriti tudi njegove učinke na stabilnost kromosomov in nadzor nad delitvijo celic.

Trenutno ni dokazov, da bi DRT10 omogočal zdravljenje raka ali preprečeval njegov nastanek. Njegova znanstvena vrednost je predvsem v boljšem razumevanju encimov, ki sodelujejo pri izdelovanju DNK.

Odkritje spremljata patentna prijava in razkritje poslovnih interesov

Univerza Columbia je ob predstavitvi raziskave razkrila, da je v povezavi z odkritjem vložila patentno prijavo. Med navedenimi izumitelji so Samuel H. Sternberg, Stephen Tang in Josephine L. Ramirez.

Sternberg je razkril tudi povezave z biotehnološkimi podjetji. Je soustanovitelj in znanstveni svetovalec podjetja Dahlia Biosciences, svetuje pa podjetjema CrisprBits in Prime Medicine. V podjetjih Dahlia Biosciences in CrisprBits ima lastniški delež.

Razkritje teh povezav omogoča preglednejše razumevanje morebitnih interesov pri nadaljnjem razvoju tehnologije. Samo po sebi ne zmanjšuje veljavnosti znanstvenih ugotovitev, je pa pomemben del njihove transparentne predstavitve. Podatke je objavila Univerza Columbia.

Kaj bo pokazalo nadaljnje raziskovanje?

Znanstveniki bodo morali v prihodnjih raziskavah ugotoviti, kako natančno nadzorovati delovanje DRT10 v različnih celičnih okoljih in ali je mogoče njegovo sposobnost izdelovanja DNK varno usmeriti na določena območja. Posebej pomembno bo preveriti, ali lahko sistem v človeških celicah deluje brez neželenih sprememb genetskega materiala.

Za zdaj je najpomembnejši dosežek raziskave razkritje mehanizma, ki povezuje bakterijsko protivirusno obrambo z molekularnimi značilnostmi telomeraze. Odkritje ne ponuja zdravila proti staranju, temveč novo razumevanje procesov, ki so se skozi evolucijo razvili za različne naloge.

Prav v tem je njegova širša vrednost: mehanizem, ki bakterijam pomaga pri obrambi pred virusi, je znanstvenikom ponudil nov pogled na izvor in delovanje encimov, pomembnih tudi za človeške kromosome.