Η πρωτεΐνη, που ονομάζεται PKZILLA-1, είναι κατά 25% μεγαλύτερη από την πρωτεΐνη τιτίνη που κατείχε το προηγούμενο ρεκόρ και η οποία εντοπίζεται στους ανθρώπινους μύες φτάνοντας μέχρι και το 1 μικρόμετρο (που είναι το ένα χιλιοστό του χιλιοστού ή ένα εκατομμυριοστό του μέτρου) σε μήκος.
Η γιγάντια PKZILLA-1 και μια άλλη υπερμεγέθης πρωτεΐνη, η PKZILLA-2 περιγράφονται σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε την προηγούμενη βδομάδα στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Science. Η PKZILLA-1 έχει μάζα 4,7 megadaltons (περίπου 8 δισεκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του γραμμαρίου) συγκριτικά με την τιτίνη που ζυγίζει 3,7 megadaltons, ενώ η PKZILLA-2 είναι 3,2 megadaltons, δηλαδή περίπου 90 φορές μεγαλύτερη από μια τυπική πρωτεΐνη.
«Αυτό είναι το Έβερεστ των πρωτεϊνών», σχολιάζει σε σχετικό δελτίο τύπου ο κύριος συγγραφέας της μελέτης Bradley Moore, χημικός θαλάσσης στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο (UCSD). «Αυτό διευρύνει την αίσθησή μας για το τι είναι ικανή να κάνει η βιολογία».
Εικόνα: Figure courtesy of Tim Fallon, PhD
Σύμφωνα με τους επιστήμονες, αυτό το ζεύγος των γιγάντιων πρωτεϊνών είναι τα ένζυμα που ευθύνονται για την παραγωγή ενός μεγάλου, πολύπλοκου μορίου που ονομάζεται prymnesin. Πρόκειται για την τοξίνη του φυκιού Prymnesium parvum που ενοχοποιείται για τη μαζική θανάτωση των ψαριών.
Οι ερευνητές χαρτογράφησαν 239 χημικές αντιδράσεις των πρωτεϊνών PKZILLA που παράγουν ένα μόριο που «ταίριαζε τέλεια με τη δομή της prymnesin», σύμφωνα με τον συν-συγγραφέα και ερευνητή του UCSD Vikram Shende.
Η prymnesin ανήκει σε μια ομάδα τοξινών που ονομάζονται πολυκετιδικοί πολυαιθέρες που περιλαμβάνουν τη brevetoxin B, μια σημαντική τοξίνη της ‘κόκκινης παλίρροιας’ που επηρεάζει τακτικά τη Φλόριντα, και τη ciguatoxins, η οποία μολύνει τα ψάρια των υφάλων στον Νότιο Ειρηνικό και την Καραϊβική. Αυτές οι τοξίνες είναι από τις μεγαλύτερες και από τις πιο περίπλοκες χημικές ουσίες σε όλη τη βιολογία και οι ερευνητές αγωνίζονται για δεκαετίες να κατανοήσουν το πώς ακριβώς οι μικροοργανισμοί παράγουν τόσο μεγάλα και πολύπλοκα μόρια.
Eικόνα: Greg Southard, Texas Parks and Wildlife Department
Το P. parvum είναι ένα μονοκύτταρο μικροφύκος-που συνήθως ονομάζεται «χρυσό φύκος» και έχει μήκος περίπου 10 μικρόμετρα. Το είδος εντοπίστηκε για πρώτη φορά στο Τέξας το 1985 και τώρα βρίσκεται σε όλο τον κόσμο. Από τότε που εντοπίστηκε το P. parvum εκτιμάται ότι είναι υπεύθυνο για τους μαζικούς θανάτους δεκάδων εκατομμυρίων ψαριών μόνο στη Βόρεια Αμερική.
Το 2022, σύμφωνα με εκτιμήσεις χάθηκαν 1.000 τόνοι ψαριών στον ποταμό Όντερ μεταξύ Γερμανίας και Πολωνίας και οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η άνθηση του P. parvum ήταν υπεύθυνη. Οι τοξίνες του βλάπτουν τα βράγχια των ψαριών και άλλους θαλάσσιους οργανισμούς όπως είναι οι καραβίδες.
Εκτός από τον εντοπισμό του ζεύγους των τεράστιων ενζύμων που παράγουν το πολύπλοκο μόριο της prymnesin, η ερευνητική ομάδα εντόπισε και τα μεγάλα γονίδια που παρέχουν το σχέδιο για την δημιουργία των γιγάντων πρωτεϊνών. Αυτό θα μπορούσε να ανοίξει έναν δρόμο στην παρακολούθηση και τον μετριασμό των επιπτώσεων της επιβλαβούς ανθοφορίας του συγκεκριμένου φύκους.
«Η παρακολούθηση των γονιδίων αντί της τοξίνη θα μπορούσε να μας επιτρέψει να πιάσουμε την άνθιση πριν ξεκινήσει, αντί να την αναγνωρίζουμε μόνο όταν ήδη κυκλοφορούν οι τοξίνες», εξηγεί ο Timothy Fallon, επίσης ερευνητής στο UCSD.
Η κατανόηση των κυτταρικών διεργασιών πίσω από την παραγωγή των PKZILLA-1 και PKZILLA-2 θα μπορούσε επίσης να χρησιμεύσει και στην tailor made παραγωγή ενώσεων στην ιατρική ή τη βιομηχανία.
«Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η φύση έχει εξελίξει τη χημική της μαγεία, μας δίνει ως επιστήμονες τη δυνατότητα να εφαρμόσουμε αυτές τις γνώσεις για την δημιουργία χρήσιμων προϊόντων, είτε πρόκειται για ένα νέο αντικαρκινικό φάρμακο είτε για ένα νέο ύφασμα», προσθέτει ο Bradley Moore.
Ο Fallon συμπλήρωσε ότι τα γονίδια PKZILLA που ανακάλυψε η ομάδα είναι τα πρώτα γονίδια που συνδέονται με την παραγωγή οποιασδήποτε θαλάσσιας τοξίνης στην ομάδα των πολυαιθέρων όπου ανήκει η prymnesin.
Η ομάδα πιστεύει ότι η εργασία τους θα μπορούσε να βοηθήσει στην εύρεση των γονιδίων που κρύβονται πίσω και από άλλες τοξίνες, όπως οι ciguatoxins (που είναι μια κατηγορία τοξικών πολυκυκλικών πολυαιθέρων στα ψάρια), η οποία επηρεάζει έως και 500.000 ανθρώπους ετησίως προκαλώντας δηλητηρίαση (γνωστή ως ciguatera).
