A fehérjék szerkezete kapcsán egészen az utóbbi évekig az volt az uralkodó szemlélet, hogy ezek az aminosavakból álló molekulák egyetlen stabil térszerkezetbe hajtogatódnak, amely az evolúció során egy konkrét funkció ellátására alakult ki. Az elmúlt időszakban ugyanakkor egyre több olyan proteint fedeztek fel a kutatók, amelyek kivételt jelentenek eme szabály alól: például két stabil szerkezetük is van, amelyek között villámgyorsan képesek váltani.
Olyan fehérjékből, amelyek több lehetséges szerkezetet is felvehetnek és ezekkel eltérő funkciókat látnak el, jelenleg nagyjából 100 ismert: ezen molekulák az élővilág minden részén elterjedtek, és több mint 30 különböző típusú biológiai működést látnak el. Ez azonban nem minden, a szakértők mostanra több ténylegesen alakváltó proteint is detektáltak, amelyek gyorsan képesek egyik szerkezetről egy másikra, majd akár vissza is váltani.
A Wisconsini Orvosi Egyetem kutatói nemrégiben felvázolták egy ilyen molekula, az emberi XCL1 evolúciós történetét. A fehérje egyik szerkezeti állásban a kemokinek közé tartozó jelzőmolekulák közé tartozik, és a fehérvérsejtek megfelelő receptorához kötődve azokat a fertőzések ellen mozgósítja. A másik szerkezet esetén pedig antibiotikumként működik, és önmaga képes a baktériumok elpusztítására.
Az XCL1 a 46 ismert kemokin fehérje egyike az emberben, és az egyetlen, amely ilyen metamorfózisra képes. Az összes többi szerkezetét erős diszulfid kötések stabilizálják, az XCL1 esetében azonban ezek egyike eltűnt, lehetővé téve egy második szerkezet felvételét. Hogy ez hogyan történhetett, azt először bioinformatikai módszerekkel modellezték a szakértők, lehetséges egykori ősi kemokin szekvenciákat hozva létre az ismert 550 állati kemokin alapján. Ezek DNS-szekvenciáiból aztán baktériumok révén legyártották a tényleges fehérjéket, majd mágneses magrezonanciával megvizsgálták a szerkezetüket.
A vizsgálatok alapján az legősibb fehérjénél egyetlen stabil hajtogatási mód (vagy feltekeredés) volt. A kicsit későbbi proteinekben már két ilyen változatot figyeltek meg: az ősi elsőt, és egy újabbat, bár utóbbi ritkának számított. A következő lépésben aztán érdekes módon elterjedtté vált az újabb konfiguráció, és ritkává vált a legősibb szerkezet. A folyamat végét az XCL1 jelenti, ahol mindkét konfiguráció egyenlő arányban bukkant fel a kísérletek alapján.
Ez a folyamat azt sugallja, hogy az XCL1 alakváltása nem valami véletlen hiba eredménye, hanem azért alakult így, mert előnyökkel jár az organizmus számára, mondják a szakértők. De miért lehet jó egyetlen alakváltó fehérje két fehérje helyett, amelyek egy-egy feladatot látnak el? A kutatók szerint ilyen módon spórolni lehet a fehérjeszintézisbe ölt energiával, hiszen a két feladathoz ugyanazt a gént kell átírni. De ami talán még fontosabb, az alakváltó fehérjék révén a test dinamikusabban tudja alakítani a baktériumokkal szembeni védekezést.
Az XCL1 másodpercek alatt szerkezetet tud váltani, és a hőmérséklettől vagy a savasságtól függően pillanatok alatt uralkodóvá válik az egyik vagy a másik változata. A mikrobiális patogének környezetében például hajlamos az antibiotikus formát felvenni, amely a baktérium membránjával kerül interakcióba. A test más részein viszont a fehérvérsejtekhez kötődő forma az elterjedt. Vagyis a funkció mindig az adott helyzethez igazodik, ami nagyon rugalmas védekezést tesz lehetővé. És ha az adott fehérje aktuális formájában feleslegessé vált, nem kell lebontani, hanem átválthat a másik szerkezetre, amely esetlegesen tovább hasznosulhat.
Ennek fényében viszont felmerül a kérdés, hogy miért az XCL1 az egyetlen alakváltó kemokinünk. Ez egyelőre a szakértők szerint is rejtély. Viszont a különleges fehérje komoly ihletet adhat a mesterséges proteinek létrehozóinak, hiszen ezt imitálva több funkciójú fehérjék tervezhetők bioorvosi és más célokra. Az ilyen fehérjék gyakorlatilag kapcsolókként működnek, és egy sor célra hasznosak lehetnek, mondják a szakértők.
Ezt ugyanakkor nem lesz könnyű feladat megvalósítani, hiszen bár a proteinhajtogatás eredményének előrejelzése sokat fejlődött az elmúlt évtizedekben, jelenleg az aminosavsorrend alapján egyetlen stabil konfigurációt tudunk megjósolni. Az alakváltó fehérjékhez viszont olyan aminosavsorra van szükség, amely két alacsony energiájú térszerkezetbe is képes összeállni, ráadásul azonos valószínűséggel veszi fel a két állapotot. Ez lehet tehát a fehérjékkel kapcsolatos kutatások új kihívása.
