ژن مرموز ویروس خاک برای اولین بار مشاهده شد

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا «به نقل از سای‌تک دیلی»، پروتئین می‌تواند هم در تجزیه خاک و هم در چرخه کربن خاک مهم باشد.

در هر مشت خاک میلیارد‌ها باکتری، قارچ و ویروس وجود دارد که همگی به تداوم چرخه زندگی کمک می‌کنند. درک چگونگی تعامل این میکروارگانیسم‌ها با یکدیگر به دانشمندان اجازه می‌دهد تا سلامت خاک، کربن خاک و چرخه مواد مغذی و حتی چگونگی تجزیه حشرات مرده را بهتر درک کنند.

ویروس‌های خاک دارای ژن‌هایی هستند که به نظر نقش متابولیکی دارند، اما برای تکثیر طبیعی ویروس ضروری نیستند.

این ژن‌ها به عنوان ژن‌های متابولیک کمکی (AMGs) شناخته می‌شوند و پروتئین‌هایی را تولید می‌کنند که برخی از آن‌ها آنزیم‌هایی با نقش‌های مختلف هستند. دانشمندان قبلاً حدس زده بودند که آیا پروتئین‌های AMG خاصی در فرآیند‌های حیاتی خاک مانند چرخه کربن نقش دارند یا خیر. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد AMG خاک، محققان ساختار اتمی پروتئین بیان شده توسط یک AMG خاص را تعیین کردند.

یک ساختار سه بعدی از محصول AMG ویروس خاک، آنزیمی که به نام کیتوزاناز شناخته می‌شود. کیتوزاناز از دو حوزه ساختاری (Domain-۱ به رنگ سبز و Domain-۲ در صورتی) تشکیل شده است. محل فعالی که واکنش شیمیایی در آن انجام می‌شود با چهار چوب زرد و قرمز مشخص می‌شود.

محققان از پرتو‌های ایکس با روشنایی بالا تولید شده توسط خط پرتو ۱۲-۲ منبع نور تابش سنکروترون استانفورد (SSRL) در آزمایشگاه ملی شتابدهنده SLAC وزارت انرژی (DOE) برای تابش نمونه‌های پروتئین متبلور شکننده استفاده کردند.

اشعه ایکس به پروتئین‌های نمونه‌های کریستالی برخورد کرد و ساختار مولکولی آن‌ها و همچنین برخی از اسرار پیرامون ترکیب آن‌ها را آشکار کرد.

AMG‌ها مانند بسیاری از ژن‌های ویروسی به تکثیر ویروس کمک نمی‌کنند. درعوض، آن‌ها پروتئین‌های مختلفی را رمزگذاری می‌کنند که هر کدام عملکرد پیش بینی شده خود را دارند. AMG که بیان شد یک آنزیم فرضی بود که نقش کلیدی در نحوه پردازش خاک و چرخه کربن در بیوسفر دارد.

کلاید اسمیت، محقق ارشد SSRL و یکی از نویسندگان، گفت: ما محل هر اتم را در پروتئین ویروسی دیدیم که به ما کمک می‌کند تا نحوه عملکرد آن را بفهمیم. ما از دیدن این که پروتئین شبیه ساختار‌های اتمی شناخته شده خانواده آنزیم‌های باکتریایی و قارچی مرتبط است، شگفت زده شدیم، اما حاوی قطعات کاملاً جدیدی است.

جانت ک. جانسون، دانشمند ارشد در آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام (PNNL) و نویسنده همکار، ساختار اتمی دقیق بی سابقه است و برای اولین بار مکانیسم بالقوه این آنزیم جدید را که می‌تواند نقش مهمی در اکولوژی خاک ایفا کند را آشکار می‌کند. گفت.

جانسون گفت: همکاری ما با SLAC ما را قادر ساخت تا عملکرد‌های ناشناخته قبلی را که توسط ویروس‌های خاک انجام می‌شد رمزگشایی کنیم.

شکستن کیتین

محققان فکر می‌کنند که AMG ویروسی در این مطالعه آنزیمی را رمزگذاری می‌کند که واکنش تخریب را روی کیتین انجام می‌دهد. کیتین پس از سلولز دومین بیوپلیمر کربن فراوان روی کره زمین است و بخشی از اسکلت بیرونی حشرات و دیواره سلولی اکثر قارچ‌ها است.

AMG ویروسی در این مطالعه به عنوان پروتئین کیتوزاناز شناخته می‌شود و از تجزیه و تحلیل توالی به عنوان عضوی از خانواده گلیکوزیل هیدرولاز GH۷۵ شناسایی شد. این پروتئین می‌تواند مانند یک بیلچه باغ برای خاک عمل کند - یعنی ابزاری که به آماده سازی خاک برای سبزیجات، درختان، گل‌ها و سایر انواع زندگی کمک می‌کند.

گرفتن ساختار اتمی پروتئین کیتوزاناز به بیش از ۵۰۰۰ تصویر گرفته شده از نمونه‌های کریستالی نیاز داشت. گردآوری این تصاویر نشان داد که بخش‌هایی از ساختار پروتئین شبیه به گروه شناخته شده‌ای از آنزیم‌های متابولیزه کننده کربوهیدرات از خانواده گلیکوزیل هیدرولاز GH۴۵ است.

اسمیت گفت، با این حال، پروتئین کیتوزاناز حاوی قطعات مولکولی دیگری است که شبیه به آنچه در GH۴۵ یا هر ساختار پروتئینی شناخته شده دیگری نیست، به این معنی است که نقش آن در چرخه خاک برای مطالعات بیشتر باز است.

بخشی از آنزیم کاملا جدید و بدیع است. این چیزی است که برای من به‌عنوان یک زیست‌شناس ساختاری هیجان‌انگیز است – دیدن چیزی که قبلاً ندیده‌ایم، و سپس تلاش کنم تا بفهمم نقش آن ممکن است چه باشد.

اسمیت گفت: تحقیقات آینده می‌تواند منجر به درک این موضوع شود که چرا AMG‌ها در وهله اول وجود دارند، زیرا آن‌ها به تکثیر ویروس کمک نمی‌کنند. علاوه بر این، محققان می‌توانند در مورد سایر AMG‌های حمل شده توسط ویروس‌های خاک و اینکه آیا آن‌ها نقش عملکردی در اکوسیستم خاک دارند یا خیر، اطلاعات بیشتری کسب کنند.

اسمیت گفت: یکی از سؤالات بزرگ ناشی از این یافته این است که چه چیزی در خاک به کربن موجود در کیتین نیاز دارد؟ پاسخ به سوالاتی از این دست به درک عمیق‌تری در مورد تعامل انبوه میکروارگانیسم‌ها در خاک، حرکت مواد مغذی و مولکول‌های ضروری و سلامت کلی خاک منجر می‌شود.