Rakkudes ringi hulpivad bioklimbid võivad lahendada peamise küsimuse – kuidas tekkis elu

Ootamatult avastatud biomolekulaarsed kondensaadid võivad olla moodustised, millest kunagi sai alguse elu Maal. Foto: worldhealth.net

Rakubioloogia ajalugu tunneb organelle, neid väikesi «organeid» rakkudes, mis täidavad kindlaid ülesandeid ja mille ümber on alati kaitsev membraan. Mitokondrid toodavad energiat, lüsosoomid lagundavad jäätmeid ja tuum säilitab DNAd. Kuid alates 2000. aastate keskpaigast on teadlased aru saanud, et kõik raku organellid ei vaja tingimata membraani. Seda tüüpi struktuuridel, mida kutsutakse biomolekulaarseteks kondensaatideks, on olnud tohutu mõju bioloogidele, kes uurivad elu keemiat ja selle algust.

Kaks aastat tagasi nägid tudengid laboritöö käigus raku tuumas huvitavaid moodustisi. Selgus, et oldi aastaid enese teadmata biomolekulaarseid kondensaate uurinud. See leid avas ukse täiesti uude rakubioloogia maailma.

Biomolekulaarseid kondensaate võib ette kujutada nagu laava lampi, mille vaha kogumid ühinevad, lagunevad ja ühinevad uuesti. Kondensaatide moodustumise aluseks on aga spetsiifilised valkude ja RNA molekulide koondumised raku sees, mis loovad geeljate tilkadena ainulaadse mikro-keskkonna. Teatud valgud ja RNA-d kipuvad ühenduma pigem omavahel kui ümbritseva keskkonnaga, sarnaselt laavalambi vahale, mis jääb eraldatuks seda ümbritsevast vedelikust. Nii tekivad rakkudes uued biokeemilised alad, mis tõmbavad ligi täiendavaid molekule ja loovad erilise biokeemilise keskkonna.

Vaata selgitavat videot:

2022. aasta seisuga on teadlased tuvastanud ligikaudu 30 eri tüüpi membraanivabu biomolekulaarseid kondensaate, mis on kaks korda rohkem kui teadaolevaid traditsioonilisi membraaniga organelle.

Kuigi neid on lihtne avastada, on keeruline määrata nende täpseid funktsioone. Mõnedel kondensaatidel on selged ülesanded, nagu paljunemisrakkude ja stressigraanulite moodustamine, kuid paljudel teistel pole kindlat funktsiooni veel tuvastatud. Selle uurimine võib anda uue vaate rakkude töömehhanismidele.

Valkude struktuur ja funktsioon

Biomolekulaarsed kondensaadid on muutnud arusaamu valkude keemiast. Biokeemikud on pikka aega uskunud, et valkude struktuur määrab nende funktsiooni. Kuid kondensaate moodustavad valgud sisaldavad piirkondi, mis ei oma selget struktuuri ja ei allu sellele reeglile. Need niinimetatud korraldamata valguosad (intrinsically disordered proteins ehk IDP-d) avastati juba 1980. aastatel, kuid alles hiljem saadi teada, et IDP-d kalduvad moodustama kondensaate. See leid lahendas mõistatuse, selgitades kuidas need struktureerimata valgud rakus oma ülesandeid täidavad.

Kondensaadid bakterirakkudes

Biomolekulaarsete kondensaatide avastamine prokarüootides ehk bakterites, mis traditsiooniliselt on olnud määratletud organellideta, on olnud läbimurdeline. Prokarüootides on ainult umbes 6% valkudest sellised, millel puudub kindel struktuur, võrreldes eukarüootidega, kus selliseid valke on 30–40%. Ometi on teadlased tuvastanud mitmeid biomolekulaarseid kondensaate, mis osalevad bakterirakkudes RNA sünteesis ja lagundamises. See näitab, et bakterid ei ole pelgalt lihtsad valkude ja nukleiinhapete kogumid, vaid on tegelikult keerulisemad, kui varem arvati.

Elu algus ja biomolekulaarsed kondensaadid

Biomolekulaarsed kondensaadid on muutmas ka teadlaste arusaamu elu algusest Maal. On tõendeid, et elu aluseks olevad nukleotiidid võivad tekkida lihtsatest keemilistest ühenditest, nagu vesiniktsüaniid ja vesi. Samuti võivad nukleotiidid spontaanselt moodustada RNA-ahelaid, mis on oluline samm RNA maailma hüpoteesis, mille kohaselt esimesed «eluvormid» Maal olid RNA ahelad. Teadlased on seni arvanud, et elu alguses oleksid ka need RNA-d pidanud olema membraanidega piiratud. Kuid lipiidide, mis moodustavad membraane, sünteesimiseks vajalikke materjale tõenäoliselt varasel Maal polnud. RNA-de võime iseseisvalt kondensaatideks koonduda muudab elu tekkimise mitteelusast ainest veelgi tõenäolisemaks.

Uued ravivõimalused

Biomolekulaarsete kondensaatide uurimine võib avada uksi ka uutele ravimeetoditele, sealhulgas Alzheimeri, Huntingtoni ja Lou Gehrigi tõve raviks. Teadlased arendavad meetodeid, millega saaks manipuleerida kondensaatide tekkimist ja lahustumist. Tulevikus võib iga biomolekulaarne kondensaat saada spetsiifilise funktsiooniga organelliks, mis muudab põhimõtteliselt arusaamu raku elust.

Allikas: The Conversation