Πώς κάποιες πρωτεΐνες «αντέχουν» χωρίς νερό: Νέα έρευνα αποκαλύπτει το μυστικό της ανθεκτικότητάς τους

Aνοίγει o δρόμος για πρωτεΐνες με βιοτεχνολογικές εφαρμογές μεγάλης διάρκειας ζωής

Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται κυρίως από νερό. Χωρίς αυτό, τα κύτταρά μας καταρρέουν και δεν μπορούν να ανακάμψουν, ακόμη κι αν ενυδατωθούν ξανά. Παρ’ όλα αυτά, στη φύση υπάρχουν οργανισμοί που μπορούν να στεγνώσουν εντελώς και να επανέλθουν στη ζωή όταν το νερό επιστρέψει. Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Cell Systems ρίχνει φως σε αυτό το εντυπωσιακό φαινόμενο, αναλύοντας τον ρόλο των πρωτεϊνών. Για πρώτη φορά, ερευνητές εξέτασαν χιλιάδες πρωτεΐνες ταυτόχρονα ως προς την ικανότητά τους να επιβιώνουν από την πλήρη αφυδάτωση και την επανυδάτωση.

Οι πρωτεΐνες που αντέχουν στην ξηρασία

Η ερευνητική ομάδα, χρησιμοποιώντας κύτταρα μαγιάς ως μοντέλο, ανακάλυψε ότι ορισμένες πρωτεΐνες είναι εγγενώς πιο ανθεκτικές στην απώλεια νερού, ενώ άλλες είναι εξαιρετικά ευάλωτες. Με τη βοήθεια φασματομετρίας μάζας και τεχνητής νοημοσύνης, οι επιστήμονες χαρτογράφησαν τη δομή, τα σχήματα και τις χημικές ιδιότητες των πρωτεϊνών, προσδιορίζοντας τους «κανόνες» που καθορίζουν την αντοχή τους στην αφυδάτωση.

Οι ανθεκτικές πρωτεΐνες αποδείχθηκαν μικρότερες, πιο σφιχτά διπλωμένες και με λιγότερες αλληλεπιδράσεις. Το καθοριστικό τους χαρακτηριστικό ήταν η υψηλή παρουσία αρνητικών φορτίων στην επιφάνειά τους, τα οποία φαίνεται να λειτουργούν προστατευτικά τόσο κατά την απώλεια όσο και κατά την επαναφορά του νερού.

Η ομάδα χρησιμοποίησε τα ευρήματα για να ενισχύσει τεχνητά την ανθεκτικότητα μιας γνωστής πρωτεΐνης: της πράσινης φθορίζουσας πρωτεΐνης (GFP), που υπό φυσιολογικές συνθήκες δεν αντέχει στην αφυδάτωση. Εισάγοντας στοχευμένες μεταλλάξεις σύμφωνα με τους νέους χημικούς κανόνες, οι ερευνητές κατάφεραν να αυξήσουν την ανθεκτικότητά της τόσο, ώστε σχεδόν το 100% των πρωτεϊνών να παραμείνει ενεργό μετά την επανυδάτωση.

Στόχος τους είναι πλέον να χρησιμοποιήσουν την ίδια προσέγγιση για τον σχεδιασμό νέων, τεχνητά ανθεκτικών πρωτεϊνών, ανοίγοντας νέους δρόμους στη βιοτεχνολογία.

ΔΕΙΤΕ ΕΠΙΣΗΣ | Κοτόσουπα: Το συστατικό που απογειώνει τη γεύση και τη θρεπτική αξία

ΔΕΙΤΕ ΕΠΙΣΗΣ | Αρτοποιία: Το νέο συστατικό μεγάλης εταιρείας υπόσχεται προστασία από μούχλα

Η μελέτη αποκάλυψε και ένα ενδιαφέρον μοτίβο λειτουργίας, καθώς οι πρωτεΐνες που αντέχουν στην αφυδάτωση είναι συνήθως παραγωγικές, υπεύθυνες για τη δημιουργία μικρών μορίων – των δομικών στοιχείων των κυττάρων. Αντίθετα, οι πιο ευαίσθητες πρωτεΐνες είναι εκείνες που καταναλώνουν ενέργεια, όπως αυτές που συμμετέχουν στην παραγωγή ριβοσωμάτων.

Αυτό το εύρημα δείχνει ότι τα κύτταρα ζύμης αναπτύσσουν ένα είδος εξελικτικής στρατηγικής: προστατεύουν τις πρωτεΐνες που συνθέτουν τη βάση της ζωής τους, ενώ επιτρέπουν την απώλεια εκείνων που ξοδεύουν τους πόρους τους. Με αυτόν τον τρόπο, όταν επανέρχεται το νερό, τα κύτταρα μπορούν να αποκαταστήσουν την ισορροπία τους σταδιακά και αποδοτικά.

Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η αντοχή στην αφυδάτωση δεν αποτελεί προνόμιο λίγων οργανισμών, αλλά αντανακλά μια κοινή “χημική γραμματική” εγγεγραμμένη στη δομή των πρωτεϊνών. Ανακαλύπτοντας αυτή τη γραμματική, η επιστήμη μπορεί όχι μόνο να κατανοήσει πώς η ζωή προσαρμόζεται στο στρες, αλλά και να σχεδιάσει νέες πρωτεΐνες με προσαρμοσμένες ιδιότητες.

ΔΕΙΤΕ ΕΠΙΣΗΣ | Παλιοσίδερα η αιτία της ραδιενεργής μόλυνσης γαρίδων – Η χαλυβουργία βρίσκεται 2 χλμ από το εργοστάσιο παραγωγής των θαλασσινών

ΔΕΙΤΕ ΕΠΙΣΗΣ | Να γιατί έφθασε το μοσχαρίσιο κρέας τα 20€ το κιλό!

Οι πιθανές εφαρμογές είναι πολυάριθμες, όπως φάρμακα και τρόφιμα που βασίζονται σε πρωτεΐνες θα μπορούσαν να αποθηκεύονται χωρίς ψύξη, αυξάνοντας τη διάρκεια ζωής και τη διαθεσιμότητά τους. Θεραπευτικά προϊόντα, όπως ινσουλίνη ή αντισώματα, θα γίνονταν πιο εύκολα στη μεταφορά και στη διανομή, ειδικά σε περιοχές χωρίς πρόσβαση σε ψυκτικά μέσα.