Hobotnice spadajo med najbolj nenavadna bitja na Zemlji – vse do ravni svojih molekul. V novi študiji so ugotovili, da se pri hobotnicah iz določene razvojne linije pojavlja mutacija, ki je pri drugih organizmih ni in zaradi katere lahko njihove celice izjemno natančno izdelujejo beljakovine. Posledično so njihovi proteini manj nagnjeni k združevanju v strupene kepe.
Kaže, da se je ta evolucijska novost pojavila približno v času, ko so hobotnice hitro začele razvijati velike živčne sisteme in nove, kompleksne oblike vedenja, za katere je potreben velik možgan – čeprav za zdaj ni neposrednega dokaza, da so ti razvoji med seboj povezani. Raziskovalna skupina je rezultate objavila na strežniku za preprinte bioRxiv, objavljeni pa bodo tudi v reviji Current Biology.
Vsi živi organizmi – od ljudi do bakterij – pri izdelavi beljakovin sledijo istemu osnovnemu procesu. Celice z načrti, zapisanimi v DNK, prepišejo navodila za gradnjo beljakovin v verige informacijske RNK (mRNK), te pa nato pridejo do ribosomov, celičnih tovarn beljakovin. Ribosomi, ki na podlagi kode mRNK iz aminokislin gradijo beljakovine, so sami sestavljeni iz beljakovin in RNK. Poleg tega zaporedja ribosomske RNK (rRNK), ki tvorijo tridimenzionalne strukture, ki pomagajo pri gradnji beljakovin, vsebujejo odseke, za katere se je izkazalo, da so pri vseh znanih vrstah enaki. Zaporedja rRNK so tako predvidljiva, da jih mnogi raziskovalci uporabljajo kot kontrolo, s katero preverjajo, ali poskusi z RNK potekajo pravilno.
Prav to so počeli tudi raziskovalci z Harvarda, ko so pri drugem poskusu preučevali RNK vrste Octopus bimaculoides, vgrajeno v agarozni gel, in odkrili nepričakovano vrzel med fragmenti rRNK. Ribosomska RNK v takih gelih običajno tvori velik, dobro viden skupek, raziskovalci pa so videli ločene proge. „Mislili smo, da smo RNK napačno izolirali," pravi Nicholas Bellono, molekularni biolog na Harvardu. Bellonov podoktorski študent Rishav Mitra je pojav izsledil do spremembe v genu, ki kodira rRNK, zaradi katere se veriga prelomi na dva fragmenta, ta pa še vedno sodelujeta, tako da ribosom lahko izdeluje beljakovine.
Prelom nastane natanko na ključnem mestu v jedru ribosoma, kjer rRNK pravilno aminokislino poveže s pravilnim genetskim navodilom. Da bi ugotovili, kakšno vlogo ima ta prelom, so raziskovalci bakterijam Escherichia coli vgradili mutacijo, povezano s prelomom. Sprememba je ribosome bakterije E. coli nepričakovano naredila izjemno natančne. Pri vgrajevanju aminokislin v beljakovino so naredili približno 50 % manj napak kot naravni ribosomi bakterij. Raziskovalna skupina je ugotovila, da so hobotniški ribosomi s prelomom translacijo opravljali bistveno počasneje. Po njihovih opažanjih ta visoko natančni translacijski sistem zmanjšuje možnost nastanka napačnih beljakovin, ki se lahko zlepijo in povzročajo težave v organizmu.
Raziskovalci so odkrili tudi, da prelom rRNK hobotniškim ribosomom pomaga natančno obdelati zaporedja mRNK, ki so bila pred translacijo urejena. Znano je, da glavonožci svojo mRNK urejajo veliko pogosteje in obsežneje kot drugi organizmi. To urejanje lahko nastali beljakovini da nove funkcije – na primer sposobnost, da dobro deluje tudi v hladni vodi –, hkrati pa poveča verjetnost napačnega zvijanja. Ribosomi sesalcev se pri obdelavi urejene mRNK rado „zatikajo", posebni ribosomi hobotnic pa jo brez težav pretvorijo v popolne beljakovine.
Raziskovalna skupina je dokaze o prelomu rRNK našla pri 15 vrstah hobotnic iz plitvih voda, pri nobeni od 12 preučenih globokomorskih vrst pa ne. To nakazuje, da se je različica verjetno prvič pojavila pred približno 100 milijoni let, ravno v času, ko so se hobotnice razcepile na dve razvojni liniji z zelo različnim načinom življenja. Hobotnice, ki so se preselile v plitvejše vode – zahtevno okolje z več plenilci in več tekmovanja –, so se morale naučiti loviti, uporabljati orodja in se izogibati plenilcem. Ker so se njihovi možgani ob prilagajanju na te nove izzive hitro povečali, je sposobnost izogibanja strupenemu kopičenju beljakovin morda pomagala njihovim živčnim celicam, da so preživele dlje in bolje delovale.
Po mnenju raziskovalcev bi bile sposobnosti za izboljšanje natančnosti beljakovin lahko koristne tudi na področju bioinženiringa. Čeprav se vse več podjetij ukvarja z urejanjem RNK v terapevtske namene, jih za zdaj le malo raziskuje možnost spreminjanja ribosomov. Novi rezultati kažejo, da je sistem mogoče fino uravnati z majhnimi spremembami, da bi svoje delo opravljal še natančneje.
Odkritje kaže, kako dragoceno je preučevanje organizmov, ki niso tisti, ki jih običajno uporabljajo v laboratorijih – na primer miši ali muhe, dodaja Clifton Ragsdale, biolog z Univerze v Chicagu, ki raziskuje glavonožce. „Ko naletimo na čudne ali nenavadne stvari, te vodijo k novim, potencialno zanimivim vprašanjem, ne le o evoluciji, temveč tudi o delovanju celic," pravi.
Raziskovalci zdaj načrtujejo podrobnejšo preučitev, ali je za razpad strukture rRNK odgovoren encim ali kakšen drug mehanizem in ali bi vgraditev preloma v različne vrste spremenila njihovo vedenje ali jim kako drugače zagotovila evolucijsko prednost. Hobotnica je po Bellonovih besedah odličen primer živali, ki razvija nove lastnosti, vendar na drugačen način, kot smo tradicionalno mislili.
