Hobotnice spadaju među najčudnija bića na Zemlji – sve do razine svojih molekula. U novoj studiji utvrđeno je da se kod hobotnica jedne određene evolucijske linije nalazi mutacija koja se ne javlja u drugim organizmima i zahvaljujući kojoj njihove stanice iznimno precizno mogu proizvoditi proteine. Zbog toga su njihovi proteini manje skloni skupljanju u toksične grudice.
Čini se da se ta evolucijska novost pojavila otprilike u vrijeme kad su hobotnice brzo počele razvijati velike živčane sustave i nove, složene oblike ponašanja za koje je potreban velik mozak – iako za sada nema izravnog dokaza da su ti razvoji međusobno povezani. Istraživački tim objavio je rezultate na preprint poslužitelju bioRxiv, a pojavit će se i u časopisu Current Biology.
Svi živi organizmi – od ljudi do bakterija – slijede isti temeljni proces proizvodnje proteina. Stanice koriste nacrte kodirane u DNA kako bi upute za izgradnju proteina prepisale u niti glasničke RNA (mRNA), koje potom dospijevaju do ribosoma, staničnih tvornica proteina. Ribosomi, koji prema kodu mRNA grade proteine od aminokiselina, i sami se sastoje od proteina i RNA. Štoviše, sekvence ribosomske RNA (rRNA) – koje tvore 3D strukture što pomažu u izgradnji proteina – sadrže odsječke za koje je dokazano da su identični kod svih poznatih vrsta. Sekvence rRNA toliko su predvidljive da ih mnogi istraživači koriste kao kontrolu kako bi osigurali da pokusi s RNA teku ispravno.
Upravo to radili su i istraživači s Harvarda kad su u okviru drugog pokusa ispitivali RNA vrste Octopus bimaculoides ugrađenu u agarozni gel i otkrili neočekivani razmak između fragmenata rRNA. Ribosomska RNA u takvim gelovima obično tvori golem, dobro vidljiv klaster, ali istraživači su vidjeli zasebne vrpce. „Pomislili smo da smo loše izdvojili RNA”, kaže Nicholas Bellono, molekularni biolog s Harvarda. Bellonov postdoktorand Rishav Mitra pojavu je pripisao promjeni u genu koji kodira rRNA, zbog čega se nit raskida na dva fragmenta, ali oni i dalje surađuju, pa ribosom može proizvoditi proteine.
Prekid se događa točno na ključnom mjestu jezgre ribosoma, gdje rRNA spaja odgovarajuću aminokiselinu s odgovarajućom genetskom uputom. Kako bi otkrili kakvu ulogu ima taj prekid, istraživači su u bakterije Escherichia coli ugradili mutaciju povezanu s prekidom. Izmjena je neočekivano učinila ribosome bakterije E. coli iznimno preciznima. Pri ugradnji aminokiselina u protein činili su otprilike 50% manje pogrešaka nego prirodni ribosomi bakterija. Istraživački tim utvrdio je da su ribosomi hobotnica s prekidom translaciju obavljali znatno sporije. Prema njihovu opažanju, taj visokoprecizni translacijski sustav smanjuje vjerojatnost nastanka pogrešnih proteina koji se mogu zgrudati i izazvati probleme u organizmu.
Istraživači su otkrili i da prekid rRNA pomaže ribosomima hobotnice da točno obrađuju one sekvence mRNA koje su uređene prije translacije. Poznato je da glavonošci uređuju svoju mRNA mnogo češće i opsežnije od drugih organizama. To uređivanje može nastalom proteinu dati nove funkcije – primjerice sposobnost da dobro radi i u hladnoj vodi –, ali istodobno povećava i vjerojatnost pogrešnog smatanja. Ribosomi sisavaca skloni su „zapinjanju” pri obradi uređenih mRNA, no posebni ribosomi hobotnica lako ih pretvaraju u savršene proteine.
Istraživački tim našao je dokaze o prekidu rRNA kod 15 vrsta hobotnica iz plitkih voda, ali ni kod jedne od 12 proučavanih dubokomorskih vrsta. To upućuje na to da se varijacija vjerojatno prvi put pojavila prije otprilike 100 milijuna godina, upravo u vrijeme kad su se hobotnice razdvojile na dvije linije s posve različitim načinom života. Hobotnice koje su se preselile u plića mora – u zahtjevno okruženje s više grabežljivaca i konkurencije – morale su naučiti loviti, koristiti alate i izbjegavati grabežljivce. Budući da im je mozak brzo rastao dok su se prilagođavale tim novim izazovima, sposobnost izbjegavanja otrovne agregacije proteina mogla je pomoći njihovim živčanim stanicama da dulje prežive i bolje funkcioniraju.
Prema istraživačima, sposobnosti poboljšanja preciznosti proteina mogle bi biti korisne i u biološkom inženjerstvu. Iako se sve više tvrtki bavi uređivanjem RNA u terapijske svrhe, za sada rijetki istražuju mogućnost mijenjanja ribosoma. Novi rezultati upućuju na to da se sustav sitnim izmjenama može fino podesiti kako bi još preciznije obavljao svoj posao.
Otkriće ukazuje na to koliko je vrijedno proučavati organizme izvan onih koji se uobičajeno koriste u laboratorijima – primjerice miševa ili muha, dodaje Clifton Ragsdale, biolog sa Sveučilišta u Chicagu koji se bavi glavonošcima. „Kad naiđemo na čudne ili neobične stvari, one vode do daljnjih, potencijalno zanimljivih pitanja, ne samo o evoluciji, nego i o funkcioniranju stanica”, kaže.
Istraživači sada planiraju detaljnije ispitati je li za raspad strukture rRNA odgovoran enzim ili neki drugi mehanizam te može li ugradnja prekida u različite vrste promijeniti njihovo ponašanje ili im na neki drugi način osigurati evolucijsku prednost. Hobotnica je, kaže Bellono, izvrstan primjer životinje koja razvija nove osobine, ali na drukčiji način od onoga što smo tradicionalno mislili.
