În cadrul unei colaborări internaționale a fost realizată o nouă descoperire în înțelegerea ADN-girazei, o enzimă bacteriană vitală și o țintă cheie a antibioticelor. Cercetătorii de la Centrul John Innes, Universitatea Durham și Universitatea Jagiellonian (Polonia) au folosit microscopia crioelectronică de înaltă rezoluție (cryo-EM) pentru a dezvălui detalii mecanice, fără precedent, ale acțiunii girazei asupra ADN-ului.

„Descoperirea deschide porțile pentru noi terapii cu antibiotice împotriva bacteriilor rezistente. De asemenea, evidențiază influența transformatoare a crio-EM asupra descoperirii științifice”, a afirmat dr. Dmitri Ghilarov, unul dintre autorii studiului.

„Am vorbit ani de zile despre girază ca despre un motor molecular, dar datorită acestei tehnologii puternice am putut observa în detaliu și în context real. Am fost uimit de asemănarea vizuală a ceea ce am observat cu un sistem «scripete curea» folosit în dispozitivele mecanice. Faptul că am putut observa o buclă completă de ADN, nu doar fragmente mici, a fost satisfăcător după ani de zile în care am formulat ipoteze bazate pe date biochimice. Acesta este modul în care cryo-EM revoluționează toate domeniile biologiei moderne.”

ADN-giraza, prezentă în bacterii, dar absentă la om, joacă un rol crucial în înfășurarea ADN-ului, un proces necesar pentru supravieţuirea bacteriilor. Funcționează ca o mică mașină moleculară, răsucind cu atenție ADN-ul bacterian. Această răsucire, cunoscută sub numele de supercoiling, este ca înfășurarea unei benzi elastice: pe măsură ce se răsucește, se înfășoară din ce în ce mai strâns.

Spre deosebire de o bandă care s-ar desface dacă ar fi eliberată, ADN-giraza stabilizează forma „înfășurată” a ADN-ului, făcându-l funcțional pentru bacterii. Enzima înfășoară ADN-ul într-o buclă în formă de opt, apoi se rupe precis și trece firele unul prin celălalt, reetanșându-le. Acesta este un proces delicat – dacă ADN-ul ar rămâne rupt, ar fi letal pentru bacterii.

Antibioticele precum fluorochinolonele exploatează această vulnerabilitate prin prevenirea reetanșării ADN-ului, care ucide celula bacteriană. Cu toate acestea, rezistența la aceste antibiotice este în creștere, așadar este nevoie urgentă de o înțelegere mai profundă a modului în care funcționează giraza.

Folosind microscopia crioelectronică, echipa a observat modul în care aceasta înfășoară ADN-ul prin ramificații proteice întinse pentru a forma bucla în formă de opt.

Această descoperire actualizează viziunea convențională a mecanismului girazei, care a fost studiat de zeci de ani. Imaginile arată enzima ca un sistem înalt coordonat, cu mai multe părți, fiecare piesă mișcându-se într-o secvență precisă pentru a obține înfășurarea ADN-ului.

 

 

 

 

 

 

 

 

Descoperirea nu numai că avansează cunoștințele despre biologia moleculară a bacteriilor, dar este și promițătoare pentru conceperea de noi antibiotice, capabile să blocheze giraza într-un mod mai țintit, ocolind mecanismele de rezistență existente.