Nowe badania ujawniają tajemnice życia w ekstremalnych warunkach

Czy życie może tętnić nawet w ekstremalnych warunkach? Tak i widać to np. na dnie najgłębszych partii oceanów - takich jak Rów Mariański. Żyją tam organizmy przystosowane do ogromnego ciśnienia, całkowitej ciemności i niskiej temperatury. Choć warunki wydają się skrajnie nieprzyjazne, życie potrafi tam przetrwać. Podobnie jest z wulkanami - tam również spotyka się życie odporne m.in. na wysoką temperaturę.

Organizmy, które żyją w ekstremalnych warunkach środowiskowych, takich jak bardzo wysokie lub niskie temperatury, wysokie ciśnienie, czy wysokie zasolenie, nazywamy ogółem ekstremofilami. Nowe badania pokazują, co się dzieje z organizmami, które żyją w ekstremalnym środowisku takim jak kratery wulkaniczne, kominy hydrotermalne i gorące źródła - w środowisku, gdzie temperatura przekracza 80 stopni Celsjusza. Ekstremofile lubujące się w warunkach bardzo wysokich temperatur to hipertermofile.

Naukowcy z Instytutu Nauki Weizmanna opracowali nową metodę Pan-Mod-seq, która pokazuje możliwości adaptacyjne hipertermofili. Badając różne gatunki mikroorganizmów, skupili się na rybosomalnym RNA (rRNA). Pełni ono kluczową funkcję w syntezie białek, co jest procesem niezbędnym dla wszystkich znanych formy życia. Badacze ujawnili, że choć u organizmów żyjących w normalnych warunkach rRNA jest prawie niezmienny, to u hipertermofili zachodzą dynamiczne modyfikacje rRNA.

- Do niedawna powszechnie zakładano, głównie na podstawie badań na drożdżach i ludziach, że modyfikacje RNA w rybosomie są jednakowe u wszystkich przedstawicieli danego gatunku i nie zmieniają się pod wpływem środowiska - wyjaśnia prof. Schragi Schwartz z Wydziału Genetyki Molekularnej Instytutu Naukowego Weizmanna w komunikacie uczelni.

- Jednak w ostatnich latach pojawiły się dowody u kilku gatunków sugerujące, że modyfikacja może czasami mieć charakter dynamiczny, umożliwiając strukturze rybosomów adaptację do środowiska. Jednak potwierdzenie tego na dużą skalę było trudne ze względu na ogromną liczbę typów modyfikacji, trudności w ich identyfikacji oraz ograniczenia istniejących metod, które zazwyczaj pozwalały badaczom badać tylko jeden typ modyfikacji w danej próbce i tylko jedną próbkę na raz - dodaje ekspert.

Dzięki innowacyjnej metodzie opracowanej w laboratorium Schwartza pod kierownictwem dr. Miguela A. Garcii-Camposa to się zmieniło. Korzystając z nowego systemu, badacze ujawnili, że u organizmów, które żyją w ekstremalnym cieple, rybosomy potrafią się często "przebudować chemicznie", aby umożliwiać egzystencję w wysokich temperaturach. U takich mikroorganizmów rRNA edytuje się o specjalne chemiczne "ozdoby" - są to modyfikacje, które stabilizują rybosomy, niejako wzmacniając je, żeby działały w wysokiej temperaturze. Bez tych zmian organizmy te nie mogłyby przetrwać w tak wysokich temperaturach.

- Podczas gdy większość bakterii i archeonów radzi sobie z zaledwie kilkudziesięcioma modyfikacjami rybosomalnego RNA, my znaleźliśmy ich setki u gatunków hipertermofilnych - zauważa Schwartz. - W rzeczywistości zaobserwowaliśmy, że im cieplejsze jest naturalne środowisko organizmu, tym większej liczbie modyfikacji ulega jego rybosom.

To zmienia nasze rozumienie rRNA - nie jest ono tak statyczne, jak wcześniej sądzono, lecz może się adaptować do środowiska. Odkrycia badaczy podważają założenie, że kluczowe procesy życiowe są jednakowe dla wszystkich gatunków i przez całe życie. Odkrycia te mogą m.in. sprawić, że dojdzie do udoskonalenia technologii medycznych opartych na RNA.

- Obecnie na rynku dostępnych jest wiele technologii opartych na RNA lub są one w fazie rozwoju - od szczepionek przeciwko pandemiom, przez diagnostykę i terapie nowotworowe, po narzędzia do edycji genów wykorzystywane w biotechnologii i medycynie - mówi Schwartz. - Naturalny proces edycji RNA był udoskonalany przez miliardy lat, a odkrycie jego sekretów może utorować drogę do niezawodnych i wydajnych technologii opartych na RNA.

Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym "Cell". Komunikat o odkryciach udostępniono na stronie Instytutu Naukowego Weizmanna.