Korelacja pomiędzy kontrolą replikacji chromosomu Escherichia coli a stanem fizjologicznym komórek bakterii

Replikacja DNA jest jednym z kluczowych procesów zachodzących w komórkach. Jest ona niezbędna do namnażania się i rozmnażania większości organizmów. W związku z tym, dokładne poznanie mechanizmów regulujących ten proces jest konieczne dla zrozumienia podstawowych zasad zapewniających funkcjonowanie, przeżycie i rozmnażanie organizmów zarówno prokariotycznych (np. bakteryjnych) jak i eukariotycznych (w tym ludzkich). U bakterii replikacja materiału genetycznego jest niezbędna do ich przeżycia, a jakiekolwiek czynniki, które w istotny sposób hamują ten proces prowadzą ostatecznie do śmierci komórki. Modelowym organizmem prokariotycznym jest bakteria – pałeczka okrężnicy (Escherichia coli). Jak to bywało często w przeszłości, można przypuszczać, iż również tym razem rezultaty badań uzyskane z wykorzystaniem pałeczki okrężnicy stanowić będą materiał do wysnucia wniosków o znaczeniu ogólnobiologicznym.

Mimo iż synteza DNA, jako proces biochemiczny, została poznana już stosunkowo dokładnie, to szczegółowe mechanizmy regulacji replikacji materiału genetycznego w dalszym ciągu są dla biologów zagadką. Z drugiej strony, kontrola replikacji DNA jest niezmiernie istotna dla funkcjonowania komórek, ponieważ aby informacja genetyczna mogła być skutecznie przekazywana z pokolenia na pokolenie, cały materiał genetyczny musi zostać dokładnie podwojony raz i tylko raz pomiędzy jednym a drugim podziałem komórkowym. Zaburzenia replikacji DNA, polegające na zbyt intensywnej syntezie DNA albo niecałkowitym podwojeniu materiału genetycznego skutkują w przypadku bakterii śmiercią komórki, a u organizmów wielokomórkowych często prowadzą albo do chorób genetycznych albo poważnych zakłóceń funkcjonowania komórek, w tym do procesu powstawania nowotworów. Stąd tak istotne jest dokładne poznanie molekularnych mechanizmów odpowiedzialnych za precyzyjną regulację replikacji DNA.

Prowadzone w ramach tego projektu badania zmierzają do uzyskania odpowiedzi na trzy główne pytania. Po pierwsze, jaka jest rola procesu transkrypcji (czyli syntezy RNA na matrycy DNA) w kontroli rozpoczynania replikacji DNA. O tym, że te dwa kluczowe procesy komórkowe są ze sobą funkcjonalnie powiązane wiemy od dawna. Do tej pory jednak nie znamy odpowiedzi na pytanie, na czym polega kontrolowanie syntezy DNA przez proces transkrypcji. Po drugie, w jaki sposób regulowana jest synteza DNA w warunkach głodowych. Stan głodu bardzo często występuje w naturalnym środowisku życia bakterii, dlatego też organizmy te musiały wytworzyć mechanizmy pozwalające na racjonalne wykorzystanie zasobów pokarmowych i energetycznych w zależności od warunków bytowania. Poznanie jak funkcjonują te mechanizmy jest niezwykle istotne dla zrozumienia, w jaki sposób środowisko wpływa na funkcjonowanie komórek. Po trzecie, na czym polega powiązanie replikacji DNA z procesami metabolicznymi zachodzącymi w komórce. Od niedawna wiemy, że zmiany w podstawowych szlakach metabolicznych wpływają bezpośrednio na proces podwajania materiału genetycznego, nie znamy jednak mechanizmów tych zależności. Ich określenie powinno znacznie przybliżyć nas do zrozumienia, w jaki sposób zmiany w metabolizmie wpływają na procesy dziedziczenia.

prof. dr hab. czł. koresp. PAN Grzegorz Węgrzyn

Grzegorz Węgrzyn ukończył studia biologiczne na Uniwersytecie Gdańskim w 1987 r., tam też w 1991 r. uzyskał stopień doktora nauk przyrodniczych. W tym samym oraz w następnym roku odbył staże naukowe na Uniwersytecie w Nottingham (Wielka Brytania) oraz Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego (USA). Po powrocie rozpoczął pracę na Uniwersytecie Gdańskim, gdzie pracuje do dziś. W 1995 r. uzyskał stopień dr hab. nauk biologicznych, a trzy lata później tytuł naukowy profesora. Jego zainteresowania naukowe to przede wszystkim procesy regulacji replikacji DNA i kontroli ekspresji genów, funkcjonowanie pozachromosomowych elementów genetycznych oraz mechanizmy dziedziczenia i pojawiania się chorób o podłożu genetycznym.

Data publikacji: 07.03.2014