חוקרים מאוניברסיטת דורהאם, אוניברסיטת Jagiellonian (פולין) וממרכז ג'ון אינס השיגו פריצת דרך בהבנת ה-DNA gyrase, אנזים חיידקי חיוני ויעד אנטיביוטי מרכזי.
אנזים זה, הקיים בחיידקים אך נעדר בבני אדם, ממלא תפקיד מכריע ב- supercoiling DNA, תהליך הכרחי להישרדות חיידקים.
באמצעות מיקרוסקופ קריו-אלקטרון ברזולוציה גבוהה, החוקרים חושפים פרטים חסרי תקדים של פעולתו של גיראז על ה-DNA, מה שעלול לפתוח דלתות לטיפולים אנטיביוטיים חדשים נגד חיידקים עמידים.
המחקר מתפרסם ב הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים (PNAS).
DNA gyrase פועל כמו מכונה מולקולרית זעירה, מסובבת בקפידה ומייצבת DNA חיידקי. פיתול זה, הידוע כ- supercoiling, דומה לליפוף רצועה אלסטית: ככל שהוא מתפתל, הוא מתפתל חזק יותר ויותר.
בניגוד לרצועה שתתפרק אם תשתחרר, DNA gyrase מייצב את הצורה המעוותת של ה-DNA, מה שהופך אותו לתפקוד עבור חיידקים.
האנזים עוטף את ה-DNA בלולאה של 'דמות של שמונה', ואז שובר במדויק ומעביר גדילים זה דרך זה, אוטם אותם מחדש לאחר מכן. זהו תהליך עדין – אם ה-DNA יישאר שבור, הוא יהיה קטלני לחיידקים.
אנטיביוטיקה כגון פלואורוקינולונים מנצלת את הפגיעות הזו על ידי מניעת איטום מחדש של ה-DNA, אשר הורג את תא החיידק. עם זאת, העמידות לאנטיביוטיקה זו הולכת וגוברת, ולכן יש צורך בהבנה מעמיקה יותר של אופן פעולת הג'יראז.
באמצעות מיקרוסקופ קריו-אלקטרון מתקדם, הצוות תפס תמונת מצב של גיראז בעבודה, וחשף כיצד הוא עוטף DNA דרך זרועות חלבון פרושות כדי ליצור את הדמות של שמונה.
ממצא זה מעדכן את ההשקפה המקובלת על המנגנון של gyrase, שנחקרה במשך עשרות שנים. התמונות מציגות את האנזים כמערכת מתואמת מאוד, מרובת חלקים, כאשר כל חלק נע ברצף מדויק כדי להשיג סלילת-על של DNA.
התוצאות הצביעו על כך שהמיקום המדויק והסדר של החלקים הנעים המורכבים של האנזים במהלך תהליך ה- supercoiling לא היו בדיוק כפי שחשבנו בעבר, וזה יכול להשפיע על האופן שבו אנו מתכננים מעכבים חדשים."
ג'ונתן הדל, פרופסור, אוניברסיטת דורהאם
גילוי זה לא רק מקדם את הידע שלנו בביולוגיה של חיידקים, אלא גם טומן בחובו הבטחה לאנטיביוטיקה חדשה שנועדה לחסום את הגיראז בצורה ממוקדת יותר, תוך עקיפת מנגנוני עמידות קיימים.
עם מבנה ברזולוציה גבוהה זה כמדריך, החוקרים שואפים לצלם תמונות מצב נוספות של האנזים בשלבים שונים, ולבנות סרט מולקולרי של אופן פעולת ה-gyrase.
גישה מפורטת זו יכולה לסייע בפיתוח של אנטיביוטיקה מהדור הבא, המדויקות ויעילה יותר בעצירת זיהומים חיידקיים.
