Yaşamın bilgiyi çoğaltma yöntemleri genellikle oldukça standarttır. DNA'yı kopyalamak için DNA kullanılır, RNA yapmak için DNA'dan faydalanılır ve RNA da proteinlerin oluşumu için talimatları iletir.
Ancak son keşfedilen bir bakteri, bu alışılagelmişin dışında, şaşırtıcı bir yol sunuyor. Bu yeni sistemin bir yarısında, bir protein, özel bir tekrarlayan DNA dizisini inşa etmek için adeta bir moleküler kalıp görevi görüyor. Bu, amino asitlerle yazılmış bilginin, DNA ile yazılmış bilgiyi belirlemesine olanak tanıyor.
Bu durum, bir pastayı tarifini yazmak için kalıp olarak kullanmaya benziyor; yani tarifin kendisi yerine pastanın kendisiyle tarif oluşturmak gibi. Normal DNA replikasyonunda bir DNA ipliğinin diğerini kopyalaması yerine, bu sistem, iki farklı ters transkriptaz enzimini kullanarak iki tamamlayıcı ipliği bağımsız olarak üretiyor. Bir enzim RNA kalıbını kopyalarken, diğeri kendi içindeki amino asitleri kullanarak hangi DNA yapı taşlarının ekleneceğini belirliyor. Ortaya çıkan iki DNA ipliği bir araya gelerek çift sarmallı DNA'yı oluşturuyor ve bu da bakterinin virüslere karşı savunmasına yardımcı oluyor.
DNA, temel olarak yaşamın bilgi depolama sistemidir. Ünlü çift sarmal yapısı, dört kimyasal bazdan oluşan iki iplikten meydana gelir: adenin (A), sitozin (C), guanin (G) ve timin (T). Bu dört temel madde, tüm canlıların genetik materyalini oluşturur.
Ancak bu bazlar rastgele bir araya gelemez. Belirli kurallara göre eşleşirler: A ile T, C ile G. Bu, ipliklerden herhangi birinin dizisinin, diğerini inşa etmek için gereken bilgiyi içermesi anlamına gelir. Hücre DNA'yı çoğalttığında, iki ipliği bir fermuar gibi ayırır ve her tek iplik, etrafına sarılan yeni ipliği oluşturmak için bir kalıp görevi görür. Örneğin, A-G-C-T dizisine sahip bir iplik, doğal olarak T-C-G-A dizisini gerektirecektir.
Bazı durumlarda, ters transkriptaz adı verilen enzimler, RNA'yı kalıp olarak kullanarak DNA üretebilir; bu, retrovirüslerin kullandığı bir yöntemdir. Ancak her iki durumda da, süreçte bir nükleik asit yer alır.
İşin ilginçleştiği yer burasıdır. Araştırmacılar, bakterilerin bağışıklık sistemlerinin bir parçası olarak virüslere karşı savunmada kullandığı "savunmaya-bağlı ters transkriptazlar" (DRT) sistemini incelediler ancak bu sistemin tam olarak nasıl çalıştığı belirsizdi.
Yapılan incelemelerde, bu enzimlerden DRT3b'nin, diğer ters transkriptazın gerektirdiği RNA olmadan belirli bir tekrarlayan DNA dizisini üretebildiği ortaya çıktı. Ancak bunu nasıl yaptığı anlaşılmıyordu. Şaşırtıcı bir şekilde, enzimin yapısı, bu belirli diziyi açıklayabilecek iki amino asidi tam doğru pozisyonlarda bulunduruyordu. Bu durum, proteinin kendisinin diziyi belirlediği yönünde güçlü bir olasılık ortaya koydu.
Bu hipotezi doğrulamak için, araştırmacılar sorumlu olduğu düşünülen iki amino asidi değiştirdiler. Sonuç olarak hem DNA sentezi hem de bakterinin antiviral savunması çöktü, bu da amino asitlerin süreç için kritik olduğunu doğruladı. Daha da dikkat çekici olanı, DRT3b'nin bu işlemi nükleik asit kalıbı olmadan gerçekleştirmesiydi. Bunun yerine, enzimin aktif bölgesinin yanında bulunan iki amino asit, adeta bir kalıp görevi görüyordu: biri A'nın, diğeri ise C'nin dahil olmasını tercih ediyordu. Bu, C-A-C-A-C-A gibi olağanüstü derecede basit, tekrarlayan bir DNA dizisiyle sonuçlandı.
Bu, çok kelimenin tam anlamıyla, proteinin amino asit dizisindeki bilginin bir DNA dizisine çevrildiği anlamına geliyor. Bu, normalde düşündüğümüz biyolojik bilgi akışından oldukça farklı bir durum.
Ancak DRT3 sisteminin yaptığı bu işin sadece yarısı bu. DRT3b'nin protein temelli DNA ipliği, sistem tarafından üretilen iki iplikten sadece biridir. İkinci bir ters transkriptaz olan DRT3a ise, bu sefer daha geleneksel bir yöntemle, yani RNA'yı kalıp olarak kullanarak başka bir tekrarlayan DNA ipliği üretiyor.
Bu iki iplik birbirini tamamlayıcıdır. Üretildikten sonra kendiliğinden birbirlerini bulup eşleşerek, çift sarmallı DNA'nın bilindik çift heliks yapısını oluştururlar. Bu da işlerin alışılagelmiş yolundan farklıdır. Normalde, DNA'nın iki ipliği bağımsız olarak üretilmez: Mevcut bir iplik, yeni ortağını oluşturmak için kalıp görevi görür. Burada ise, yeni üretilen ipliklerden hiçbiri diğerinin talimatlarını sağlamıyor. Biri dizgi bilgisini RNA'dan, diğeri ise proteinden alıyor ve ancak ondan sonra bir araya geliyorlar.
Bu keşif, çift sarmallı DNA'nın nasıl yapıldığına dair genel anlayışımızı da sorgulatıyor. Genellikle bir ipliğin diğerini yapmak için gereken bilgiyi taşıdığını düşünürüz. Ancak burada, iki iplik bağımsız olarak sentezleniyor; biri RNA, diğeri protein olmak üzere tamamen farklı iki tür kalıp kullanılarak ve ancak daha sonra bir araya gelerek çift heliksi oluşturuyorlar. Bu, evrimin en bilinen moleküler yapı taşlarıyla ne kadar yaratıcı olabileceğinin dikkate değer bir örneğidir.
DRT3 bu karmaşık moleküler numarayı sadece gösteriş için yapmıyor; bu bir savunma sistemi ve ortaya çıkan garip DNA, istila eden virüsler için bir tür tuzak görevi görüyor. Normal koşullarda, RecBCD adı verilen bir enzim, DRT3 tarafından üretilen DNA'yı sürekli olarak yok ederek birikmesini engelliyor. RecBCD de kendi başına bakterinin savunmalarının bir parçasıdır ve istila eden viral DNA'yı yok etmeye yardımcı olur. Bazı virüsler, saldırı araçlarının bir parçası olarak RecBCD'yi etkisiz hale getiren proteinler üretir.
Virüs, RecBCD'yi etkisiz hale getirmeye çalışır çünkü RecBCD kendisi önemli bir antiviral savunmadır. Ancak onu etkisiz hale getirerek, virüs istemeden DRT3 üzerindeki freni kaldırır. DRT3 tarafından üretilen DNA biriktikçe, bakteri büyümeyi durdurur ve bu da virüsün verimli bir şekilde çoğalmasını engeller. Bakteriyel hücre, virüsün çevreye yayılmasını önlemek için feda edilir.
DRT3'ün bakterinin büyümesini nasıl durdurduğu konusunda daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Araştırmacılar ayrıca benzer sistemlerin farklı DNA dizilerini yazma yeteneğine sahip olup olmadığını da araştırmaya istekli. Bu durumun buzdağının sadece görünen kısmı olabileceği düşünülüyor. DRT3b'nin bu tür geleneksel olmayan DNA sentezine yeteneğine sahip tek enzim olmadığı ve doğanın bu mekanizmayı sadece bir kez icat etmiş olmasının pek olası olmadığı düşünülüyor. Daha geniş bir perspektiften bakıldığında, bakteriyel bağışıklık sistemlerinde keşfedilmeyi bekleyen muazzam bir enzimoloji yelpazesi olduğu sanılıyor.
