מצב של רעב, שבו החיידק אינו יכול לספק את החומרים הדרושים לגידולו שכיח. במצב כזה יעצרו תהליכי החיים ויפסק יצור חלבונים ומקרומולקולות אחרות. התא ינקוט באמצעים שיעזרו לו לנסות לשמור על הקיים ולעבור את התקופה הקשה בשלום.
נמצא שבמצב רעב מופיע בחיידקי Escherichia coli חלבון דמוי היסטון (היסטונים הם חלבונים הנמצאים בגרעיני תאים איקריוטים שם הם מהווים שלד לבניית הנוקלאוזומים ולמעשה חלק בלתי נפרד מהכרומוזום). ד"ר רוברטו קולטר (Roberto Kolter), מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת הרווארד מתאר את החלבון הנקרא DPS (ראשי תיבות של DNA Protecting by stress) כחלבון המושרה ע"י רעב ואשר קושר את ה-DNA של החיידק ומגן עליו מפני חימצון.
אותו ד"ר קולטר, ביחד עם מחברים נוספים, מתאר במאמר "Preliminary Crystallographic Studies of DPS, a DNA-Binding Protein from Starved E. coli" את מבנהו הגבישי של חלבון ה-DPS ותפקידיו. מבנה גבישי אינו שכיח במערכות ביולוגיות. עובדה זו, והתפקיד החשוב שממלא ה-DPS בהגנה על ה-DNA והקשר האפשרי ביניהם גורמים לעניין רב בחלבון זה ובמיוחד בגבישיו. החלבון קטן יחסית, 19 קילודלטון.
החלבון לא רק שומר על ה-DNA אלא גם מונע את ביטוי הגנים במצב של רעב. החלבון הנקי יוצר גבישים טבעתיים ואילו בנוכחות DNA נוצרים מערכי גבישים הקסגונליים דו מימדיים.
בגיליון 6739 של השבועון Nature מ-1 ביולי 1999 פורסם מאמר של קבוצת חוקרים בהנהגת פרופ' אבי מינסקי ממכון וייצמן וד"ר רוברטו קולטר, DNA protection by stress-induced biocrstalization (תקציר המאמר באתר Nature). המאמר מפרט יותר את מבנה הגביש הנוצר ע"י ה-DPS. החוקרים מצאו שהמבנה הגבישי הנוצר מביא לעמידות החיידק בפני מגוון רחב של מצבים. מסתבר שבמצבי לחץ נוצרים גבישים רב שכבתיים במהירות רבה. הוכח שה-DPS הינו אחד החלבונים היחידים הממשיכים להווצר גם כשרוב הפעילות הביולוגית כבר נעצרה. בכל התנאים שנבדקו ובטיפוסי חיידקים שונים הגבישים בין החלבון ל-DNA נוצרו בלי קשר למצבו של ה-DNA בזמן ההתגבשות. הגבישים הנוצרים הנם מבנים יציבים וה-DNA שבהם מוגן מחמצון וממפגעים אחרים.
אפשר לקרוא באתר הבית של מכון וייצמן על עבודת פרופ' מינסקי וצוותו וגילוייהם בנושא ה-DPS.
מאמר נוסף (מומלץ) באתר מכון וייצמן מציג ביתר הרחבה את עבודת הצוות ובו גם תמונות יפות ממיקרוסקופ אלקטרונים ושיקוף בקרינת X.
יצור ה-DPS אינו מושרה ישירות בעקבות הרעבת התא ומעבר התרבית משלב הגידול לשלב העמידה. חלבון זה הנו חלק מקבוצת חלבונים שהסינתזה שלהם מושרית ע"י הגן המכונה rpoS. rpoS גורם לביטויים של 20-15 גנים שונים ע"י התוצר שלו המסומן sS, ובהם הגן המקודד ל-DPS. לכל תוצרי הגנים הנ"ל תפקידים בהגנת התא מפני נזקים העשויים להתרחש בעת עצירת שלב הגידול.
באיור שלהלן מוצגת הנקודה במחזור הגידול של תרבית E. coli בה מושרה ביטויו של rpoS.
From the website of |  |
DPS נחקר בחיידק E. coli, אבל חיידק זה אינו היחיד שפיתח מנגנון הגנה על ה-DNA במצבי לחץ. חלבונים דומים מוכרים בחיידקים אחרים, ובכולם תפקוד החלבון דומה ובו חלקים המאפשרים את תפקודו ביצירת הגבישים והגנה על ה-DNA מפני חמצון. בין החלבונים המוכרים:
- mrgA בחיידק Bacillus subtilis.
- TpF1/TyF1 ב-Treponema pallidum וב-Treponema pertenue
- חלבון המושרה במצבי לחץ הנובעים מקור בחיידק הכחולי Anabaena variabilis.
- חלבון המקודד על ידי הפלסמיד pOP2621 שבחיידק Streptomyces aureofaciens.
עוד על חלבונים חיידקיים השייכים למשפחת ה-DPS אם כי שונים ממנו במשקלם אפשר למצוא במאמר: Analysis of a stress-inducible DNA-binding hemoprotein in cyanobacteria. מאמר זה מתייחס לחלבונים שמשקלם גדול יותר (סביב 150 kD) אך מסתבר שבין חלקיהם הפונקציונליים לאלו של ה-DPS התאמה של עד 60%. מעניין ביותר הוא הממצא שחלבונים הומולוגיים ל-DPS נמצאו גם בארכאונים כמו Haloferax ו-Halobacterium. נושא הזהות בין תפקודם לתפקוד ה-DPS ודומיו עדיין נבדק.
הפרסומים רבים בספרות המדעית ובאינטרנט מעידים על כך שהמחקר בעיצומו. יש עדיין שאלות רבות פתוחות החל במנגנונים המשרים את יצור ה-DPS, דרך תפקודו, זיהוי חלבונים דומים בחיידקים נוספים והבנת תפקידם המדויק. מדובר במשפחת חלבונים הנפוצה בשלושת סוגי התאים: בארכאונים, בחיידקים ובאיקריוטים (היסטונים). בחיידקים ובאיקריוטים לחלבונים אלה תפקיד ברור ביצירת מבנים עם ה-DNA אשר על אף השוני הרב (באיקריוטים מבנה בסיסי של הכרומוזום ובחיידקים גביש להגנה בשעת מצוקה) עשוי אולי ללמד משהו על מוצא משותף.
