Gli scienziati rivelano come una "macchina molecolare" nelle cellule batteriche prevenga la torsione fatale del DNA, che potrebbe essere cruciale nello sviluppo di nuovi trattamenti antibiotici.

La replicazione del DNA è vitale per tutte le forme di vita, ma in alcuni organismi può essere prevenuto da torsioni nella sequenza del DNA, chiamati "supercoil". Se si lasciano accumulare troppi supercoil, le cellule vitali per sostenere la vita moriranno.

Una macchina molecolare, chiamato DNA girasi, che si trova nelle cellule batteriche ma non nelle cellule umane, rilassa i colpi di scena per consentire alla replicazione del DNA di continuare normalmente, ma fino ad ora c'era una comprensione limitata di come lo fa in tempo reale nelle vere cellule viventi.

Il processo è di particolare interesse per gli sviluppatori di farmaci perché se la DNA girasi può essere interrotta con successo mentre funziona per fermare le torsioni che si verificano nelle cellule del DNA batterico, i batteri moriranno e la minaccia di infezione per l'ospite preverrà.

bagliore giallo

Il team dell'Università di York, in collaborazione con il John Innes Centre, Oxford, e l'Università Adam Mickiewicz, Polonia, usato uno speciale microscopio laser per illuminare una proteina fluorescente, che rende la DNA girasi gialla. Ciò ha permesso agli scienziati di vedere all'interno di una cellula batterica e, per la prima volta, osservare come il macchinario molecolare previene le torsioni nel DNA.

Professor Mark Leake, dei Dipartimenti di Biologia e Fisica dell'Università di York, ha detto:"Utilizzando proteine ​​fluorescenti modificate, la DNA girasi può essere fatta brillare di giallo mentre il macchinario cellulare, che viene utilizzato per replicare effettivamente il DNA, può essere etichettato con una diversa proteina di colore rosso brillante.

"Questi colori separati possono quindi essere suddivisi in diversi canali di rilevamento per consentire di osservare la posizione precisa della DNA girasi rispetto al punto esatto in cui si verifica effettivamente la replicazione del DNA all'interno di una singola cellula batterica vivente".

I ricercatori hanno scoperto che la DNA girasi concentra le sue attività di rilassamento della torsione proprio di fronte al punto in cui il DNA viene replicato in una cellula.

Nanoscala

Il professor Leake ha dichiarato:"Le macchine molecolari che eseguono la replicazione del DNA si spostano lungo il DNA, ma questo lavoro può portare a minuscole torsioni di DNA su nanoscala che si accumulano davanti al macchinario di replicazione, proprio come i cavi aggrovigliati sul retro del televisore.

"Ora abbiamo dimostrato che diverse decine di molecole di DNA girasi si legano attivamente a una zona direttamente di fronte al macchinario di replicazione e rilassano le nano-torsione del DNA più velocemente di quanto lo stesso macchinario di replicazione si muova lungo il DNA.

"Essenzialmente impediscono la formazione di una 'barriera di torsione' che impedirebbe ai macchinari di replicazione di spostarsi lungo il DNA, fermare la replica, e uccidi la cellula".

Superbatteri

La DNA girasi è un bersaglio per una serie di diversi antibiotici, ma con l'emergere di diversi "super-batteri" resistenti agli antibiotici, è più urgente capire come operano le cellule batteriche in tempo reale.

Il professor Leake ha dichiarato:"Ora che sappiamo come la DNA girasi svolge davvero il suo ruolo all'interno dei batteri viventi, possiamo assistere nella progettazione di nuovi tipi di farmaci in grado di impedire il funzionamento della DNA girasi, che consentirà ai farmaci di essere più mirati e alla fine di uccidere pericolose infezioni batteriche negli esseri umani.

"Le cellule umane hanno meccanismi simili per risolvere le torsioni del DNA ma utilizzano macchine molecolari diverse, e il nostro lavoro sulla DNA girasi nei batteri ci fornisce preziose informazioni sui meccanismi generalizzati che governano il funzionamento di questa classe di notevoli biomolecole per tutti gli organismi".