A polipok a Föld legfurcsább lényei közé tartoznak – egészen a molekuláik szintjéig. Egy új tanulmányban megállapították, hogy egy bizonyos leszármazási vonalhoz tartozó polipoknál olyan mutáció található, amely más szervezetekben nem fordul elő, és amelynek köszönhetően sejtjeik rendkívül pontosan képesek fehérjéket előállítani. Ennek eredményeként proteinjeik kevésbé hajlamosak a toxikus csomókba gyűlésre.

Úgy tűnik, hogy ez az evolúciós újítás körülbelül abban az időben jelent meg, amikor a polipok gyorsan elkezdtek nagy idegrendszereket és új, komplex viselkedésformákat kifejleszteni, amelyekhez nagy agyra van szükség – bár egyelőre nincs közvetlen bizonyíték arra, hogy ezek a fejlemények összefüggenek egymással. A kutatócsoport eredményeit a bioRxiv preprint-szerveren tették közzé, és a Current Biology folyóiratban is megjelennek majd.

Minden élő organizmus – az emberektől a baktériumokig – ugyanazt az alapvető folyamatot követi a fehérjék előállításában. A sejtek a DNS-ben kódolt tervrajzokat használják fel, hogy a fehérjeépítési utasításokat átmásolják a hírvivő RNS (mRNS) szálaiba, amelyek ezután a riboszómákhoz, a sejt fehérjegyáraiba jutnak. A riboszómák, amelyek az mRNS-kód alapján aminosavakból építik fel a fehérjéket, maguk is fehérjékből és RNS-ből állnak. Ráadásul a riboszomális RNS (rRNS) szekvenciái – amelyek a fehérjeépítéshez segítséget nyújtó 3D szerkezeteket alkotják – olyan szakaszokat tartalmaznak, amelyekről bebizonyosodott, hogy minden ismert fajnál azonosak. Az rRNS-szekvenciák annyira kiszámíthatók, hogy sok kutató kontrollként használja őket annak biztosítására, hogy az RNS-sel kapcsolatos kísérletek megfelelően zajlanak-e.

Éppen ezt csinálták a Harvard kutatói is, amikor egy másik kísérlet keretében az Octopus bimaculoides fajból származó, agaróz-gélbe ágyazott RNS-t vizsgáltak, és váratlan rést fedeztek fel az rRNS-fragmentumok között. A riboszomális RNS általában hatalmas, jól látható klasztert alkot az ilyen gélekben, de a kutatók különálló sávokat láttak. „Arra gondoltunk, hogy rosszul vontuk ki az RNS-t” – mondja Nicholas Bellono, a Harvard molekuláris biológusa. Bellono posztdoktori hallgatója, Rishav Mitra a jelenséget az rRNS-t kódoló génben bekövetkezett változásra vezette vissza, amelynek következtében a szál két fragmenstre szakad, de ezek továbbra is együttműködnek, így a riboszóma képes fehérjéket előállítani.

A törés pontosan a riboszóma magjának egy kulcsfontosságú pontján történik, ahol az rRNS a megfelelő aminosavat a megfelelő genetikai utasítással párosítja. Hogy kiderítsék, mi a szerepe ennek a törésnek, a kutatók beépítették az Escherichia coli baktériumokba a töréshez kapcsolódó mutációt. A módosítás pedig váratlanul rendkívül precízzé tette az E. coli riboszómáit. Az aminosavak fehérjébe történő beépítésekor körülbelül 50%-kal kevesebb hibát követtek el, mint a baktériumok természetes riboszómái. A kutatócsoport megállapította, hogy a törést hordozó polip riboszómák jelentősen lassabban végezték a transzlációt. Megfigyelésük szerint ez a nagy pontosságú transzlációs rendszer csökkenti annak esélyét, hogy hibás fehérjék keletkezzenek, amelyek összecsomósodhatnak, és problémákat okozhatnak a szervezetben.

A kutatók azt is felfedezték, hogy az rRNS-törés segít a polip riboszómáinak abban, hogy pontosan feldolgozzák azokat az mRNS-szekvenciákat, amelyeket a transzláció előtt szerkesztettek. Ismert, hogy a fejlábúak sokkal gyakrabban és kiterjedtebben szerkesztik az mRNS-üket, mint más szervezetek. Ez a szerkesztés új funkciókat adhat a keletkező fehérjének – például azt a képességet, hogy hideg vízben is jól működjön –, ugyanakkor növeli a hibás hajtogatás valószínűségét is. Az emlősök riboszómái hajlamosak „megakadni” a szerkesztett mRNS-ek feldolgozása során, de a polipok speciális riboszómái könnyedén alakítják át őket tökéletes fehérjékké.

A kutatócsoport 15 sekélyvízi polipfajnál talált bizonyítékot az rRNS-törésre, de a vizsgált 12 mélytengeri faj egyikénél sem. Ez arra utal, hogy a variáció valószínűleg körülbelül 100 millió évvel ezelőtt jelent meg először, éppen abban az időben, amikor a polipok két, egymástól nagyon eltérő életmódú leszármazási vonalra váltak szét. Azoknak a polipoknak, amelyek sekélyebb vizekbe költöztek – egy kihívásokkal teli, több ragadozóval és versennyel jellemezhető környezetbe –, meg kellett tanulniuk vadászni, eszközöket használni és elkerülni a ragadozókat. Mivel agyuk gyorsan megnőtt, miközben ezekhez az új kihívásokhoz alkalmazkodtak, a mérgező fehérje-aggregáció elkerülésének képessége segíthette idegsejtjeiket abban, hogy hosszabb ideig túléljenek és jobban működjenek.

A kutatók szerint a fehérjék pontosságának javítására irányuló képességek hasznosak lehetnek a biomérnöki területen is. Bár egyre több vállalat foglalkozik az RNS-szerkesztéssel terápiás célokból, egyelőre kevesen vizsgálják a riboszómák megváltoztatásának lehetőségét. Az új eredmények arra utalnak, hogy apró változtatásokkal finomhangolni lehet a rendszert, hogy még pontosabban tegye a dolgát.

A felfedezés rámutat arra, hogy mennyire értékes a laboratóriumokban általában használt szervezeteken – például egereken vagy legyeken – kívüli organizmusok tanulmányozása, teszi hozzá Clifton Ragsdale, a Chicagói Egyetem fejlábúakkal foglalkozó biológusa. „Ahogy furcsa vagy különös dolgokra bukkanunk, azok további, potenciálisan érdekes kérdésekhez vezetnek, nemcsak az evolúcióval, hanem a sejtek működésével kapcsolatban is” – mondja.

A kutatók most azt tervezik, hogy alaposabban megvizsgálják, vajon egy enzim vagy más mechanizmus felelős-e az rRNS-szerkezet felbomlásáért, és hogy a törés különböző fajokba való beépítése megváltoztathatja-e viselkedésüket, vagy más módon evolúciós előnyt biztosíthat-e számukra. A polip, mondja Bellono, remek példa egy olyan állatra, amely újszerű tulajdonságokat fejleszt ki, de más módon, mint ahogyan azt hagyományosan gondoltuk.