ביולוגיה מודרנית מדהימה עם הייחודיות וההיקף של תגליותיה. כיום, מדע זה חוקר את רוב התהליכים הנסתרים מעינינו. זה מדהים לביולוגיה מולקולרית - אחד התחומים המבטיחים שעוזר לפענח את התעלומות המורכבות ביותר של חומר חי.
מהו תעתיק הפוך
תעתוק הפוך (בקיצור RT) הוא תהליך ספציפי המאפיין את רוב נגיפי ה-RNA. המאפיין העיקרי שלו הוא סינתזה של מולקולת DNA דו-גדילית המבוססת על RNA שליח.
OT אינו מאפיין חיידקים או אורגניזמים אוקריוטיים. האנזים העיקרי, reversetase, ממלא תפקיד מפתח בסינתזה של DNA דו-גדילי.
היסטוריית גילוי
הרעיון שמולקולת חומצה ריבונוקלאית יכולה להפוך לתבנית לסינתזת DNA נחשב לאבסורד עד שנות ה-70. ואז בולטימור וטמין, שעבדו בנפרד זה מזה, גילו כמעט בו זמנית אנזים חדש. הם קראו לזה RNA-dependent-DNA פולימראז, או טרנסקריפטאז הפוך.
גילוי האנזים הזה אישרה ללא תנאי את קיומם של אורגניזמיםבעל יכולת תמלול הפוך. שני המדענים קיבלו את פרס נובל ב-1975. לאחר זמן מה, אנגלהרדט הציע שם חלופי לתעתיק הפוך - revertase.
למה OT סותרת את הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית
הדוגמה המרכזית היא הרעיון של סינתזת חלבון ברצף בכל תא חי. סכימה כזו בנויה משלושה מרכיבים: DNA, RNA וחלבון.
לפי הדוגמה המרכזית, ניתן לסנתז RNA אך ורק על תבנית ה-DNA, ורק אז RNA מעורב בבניית המבנה הראשוני של החלבון.
דוגמה זו התקבלה רשמית בקהילה המדעית לפני גילוי התמלול ההפוך. באופן לא מפתיע, הרעיון של סינתזה הפוכה של DNA מ-RNA נדחה זה מכבר על ידי מדענים. רק ב-1970, יחד עם גילוי ה-reversetase, הגיע קץ לנושא הזה, שבא לידי ביטוי במושג סינתזת חלבון.
Revertase של רטרו-וירוסים של עופות
תהליך של שעתוק הפוך אינו שלם ללא השתתפותו של פולימראז תלוי-RNA תלוי DNA. Revertase של רטרו-וירוס העופות נחקר עד כה במידה המרבית.
רק כ-40 מולקולות של חלבון זה ניתן למצוא בוויריון אחד ממשפחת הנגיפים הזו. החלבון מורכב משתי יחידות משנה שהן במספרים שווים ומבצעות שלוש פונקציות חשובות של הפוך:
1) סינתזה של מולקולת DNA הן על תבנית RNA חד גדילית/דו גדילית והן על בסיס חומצות דאוקסיריבונוקלאיות.
2) הפעלת RNase H, שתפקידה העיקרי הוא לבצעביקוע של מולקולת ה-RNA בקומפלקס ה-RNA-DNA.
3) הרס קטעים של מולקולות DNA להחדרה לגנום האוקריוטי.
מנגנון OT
שלבי התמלול לאחור עשויים להשתנות בהתאם למשפחת הנגיפים, כלומר. על סוג חומצות הגרעין שלהם.
בואו ניקח תחילה את הווירוסים האלה שמשתמשים ב-reversetase. כאן תהליך ה-OT מחולק ל-3 שלבים:
1) סינתזה של גדיל ה-RNA "-" בתבנית "+" של גדיל ה-RNA.
2) הרס של גדיל ה-"+" של RNA בקומפלקס ה-RNA-DNA באמצעות האנזים RNase H.
3) סינתזה של מולקולת DNA דו-גדילית על התבנית "-" של שרשרת ה-RNA.
שיטה זו של רביית ויריון אופיינית לכמה וירוסים אונקוגניים ולנגיף הכשל החיסוני האנושי (HIV).
כדאי לציין שלסינתזה של חומצת גרעין כלשהי על תבנית RNA, יש צורך בזרע או פריימר. פריימר הוא רצף קצר של נוקלאוטידים המשלים לקצה ה-3' של מולקולת RNA (תבנית) וממלא תפקיד חשוב בהתחלת סינתזה.
כאשר מולקולות DNA דו-גדיליות מוכנות ממקור ויראלי משולבות בגנום האוקריוטי, מתחיל המנגנון הרגיל של סינתזת חלבון ויריון. כתוצאה מכך, התא "שנלכד" על ידי הנגיף הופך למפעל לייצור ויריון, שבו נוצרות מולקולות החלבון וה-RNA הדרושים בכמויות גדולות.
דרך נוספת לשעתוק הפוך מבוססת על הפעולה של סינתזת RNA. חלבון זה פעיל בפראמיקסו-וירוסים, רבדו-וירוסים, פיקורנו-וירוסים. במקרה זה, אין שלב שלישי של OT - היווצרותDNA דו-גדילי, ובמקום זאת, שרשרת RNA "+" מסונתזת על התבנית של שרשרת ה-RNA הוויראלית "-" ולהיפך.
החזרה על מחזורים כאלה מובילה הן לשכפול של גנום הנגיף והן ליצירת mRNA המסוגל לסינתזת חלבון בתנאים של תא איקריוטי נגוע.
המשמעות הביולוגית של תעתיק הפוך
תהליך ה-OT הוא בעל חשיבות עליונה במחזור החיים של וירוסים רבים (בעיקר רטרו-וירוסים כגון HIV). ה-RNA של ויריון שתקף תא איקריוטי הופך לתבנית לסינתזה של גדיל ה-DNA הראשון, שעליו לא קשה להשלים את הגדיל השני.
ה-DNA הדו-גדילי המתקבל של הנגיף משולב בגנום האוקריוטי, מה שמוביל להפעלה של תהליכי סינתזת חלבון ויריון ולהופעת מספר רב מהעותקים שלו בתוך התא הנגוע. זוהי המשימה העיקרית של Revertase ו-OT בכלל עבור הנגיף.
תעתוק הפוך יכול להתרחש גם באוקריוטים בהקשר של רטרוטרנספוזונים - יסודות גנטיים ניידים שיכולים להעביר באופן עצמאי מחלק אחד של הגנום לאחר. אלמנטים כאלה, לפי מדענים, גרמו לאבולוציה של אורגניזמים חיים.
רטרוטרנספוזון הוא קטע של DNA אוקריוטי שמקודד למספר חלבונים. אחד מהם, reversetase, מעורב ישירות בדה-לוקליזציה של רטרוטרנספורוזון כזה.
שימוש ב-OT במדע
מאז הרגע שבו מבודד ה-reversetase בצורתו הטהורה, תהליך התעתיק ההפוך אומץ על ידי ביולוגים.חקר מנגנון ה-OT עדיין עוזר לקרוא את הרצפים של החלבונים האנושיים החשובים ביותר.
העובדה היא שהגנום של האוקריוטים, כולל אותנו, מכיל אזורים לא אינפורמטיביים הנקראים אינטרונים. כאשר קוראים רצף נוקלאוטידים מ-DNA כזה ונוצר RNA חד-גדילי, האחרון מאבד אינטרונים ומקודד באופן בלעדי לחלבון. אם DNA מסונתז באמצעות reversetase על תבנית RNA, אז קל לרצף אותו ולגלות את סדר הנוקלאוטידים.
חומצת גרעין שנוצרה על ידי תעתיק הפוך נקראת cDNA. הוא משמש לעתים קרובות בתגובת שרשרת הפולימראז (PCR) כדי להגדיל באופן מלאכותי את מספר העותקים של עותק ה-cDNA שנוצר. שיטה זו משמשת לא רק במדע, אלא גם ברפואה: עוזרי מעבדה קובעים את הדמיון של DNA כזה עם הגנום של חיידקים או וירוסים שונים מספרייה משותפת. סינתזה של וקטורים והכנסתם לחיידקים היא אחד התחומים המבטיחים של הביולוגיה. אם משתמשים ב-RT ליצירת ה-DNA של בני אדם ואורגניזמים אחרים ללא אינטרונים, ניתן להחדיר בקלות מולקולות כאלה לגנום החיידקי. אז האחרונים הופכים למפעלים לייצור חומרים הדרושים לאדם (לדוגמה, אנזימים).
