1. oldal
A földi élet több milliárd éves története során a genetikai kód, legalábbis ami a DNS-alapú életet illeti, négy betűvel íródott. Minden élő organizmus genomja adenin, timin, citozin és guanin kombinációjából áll. Az élet ábécéje azonban nemrég egy kicsit hosszabb lett: a Scripps kutatói ugyanis bejelentették, hogy két új építőelemet adtak hozzá egy élő baktérium genomjához. Az eredmény óriási előrelépést jelent a szintetikus biológiában, és olyan sejtek megalkotásához vezethet, amelyek gyógyhatású anyagokat, illetve egyéb szubsztanciákat termelnek. A mostani előrelépéssel közelebb került a valósághoz annak lehetősége is, hogy egy napon a szakértők egy teljesen újfajta genetikai kóddal rendelkező organizmust hozzanak létre.
Egy olyan sejtet hoztunk létre, amely sokkal több genetikai információ tárolására képes, mint természetes rokonai, mondja Floyd Romesberg, a kutatás vezetője. A DNS szálainak gerincét cukormolekulák alkotják, és ezekhez kapcsolódnak az összefoglalóan nukleotid bázisok néven emlegetett kémiai alegységek. Az élő sejtekben adenin, timin, citozin és guanin alkotja azt a kódsort, amely alapján a sejt aminosavakból összeállítja a különböző fehérjéket. A DNS két szála a bázisok mentén kapcsolódik össze: az adenin komplementer párja a timin, a citoziné pedig a guanin.
Először a hatvanas években kezdték azt vizsgálni a kutatók, hogy lehetséges-e más kémiai csoportok révén is genetikai információt tárolni. Az első áttörésre 1989-ig kellett várni, amikor Steven Benner, a Svájci Szövetségi Technológiai Intézet munkatársa a citozin és a guanin módosított változatait építette be DNS-molekulákba. A mesterséges nukleotidvariánsok kiválóan működtek: a laborkísérletek során átíródtak RNS-sekké, amelyek alapján aztán fehérjék szintetizálódtak.
„Ekkor még remélni sem mertük, hogy egy napon be egy élő organizmusba is beültethetjük a bázispárt” – mondja Denis Malyshev, Romesberg egykori tanítványa, a kutatás jelenlegi szakaszának vezetője. In vitro laborkísérletek során mindenesetre sikerült rávenni az új bázispár tagjait arra, hogy a DNS-szál többi részével együtt lemásolódjanak, és RNS-sé íródjanak át. Ennek persze előfeltétele volt, hogy a folyamatban résztvevő enzimek felismerjék az új nukleotidokat.
A következő fázisban a bázisok élő sejtbe való bejuttatásán kezdtek dolgozni a szakértők. Ehhez azt kellett elérni, hogy a sejt rendszerei elfogadják az új nukleotidokat, és megőrizzék, illetve sokszorosítsák azokat a sejtosztódás során is. A kutatók ezt úgy valósították meg, hogy genetikailag módosítottak egy kólibaktériumot: a baktérium genomjába egy olyan gént juttattak be, amely eredetileg egy mikroalgához tartozott. A gén egy transzporter fehérjét kódol, amely révén idegen nukleotidokat lehet bejuttatni a sejtbe.
2. oldal
A kutatók ezt követően létrehoztak egy rövidke DNS-molekulából álló gyűrűt, azaz egy plazmidot, amely a négy természetes bázis mellett az idegen bázisok egy párosát is hordozta. Ezt bejuttatták a kólibaktérium belsejébe, majd az algaprotein segítségével adagolni kezdték a sejtnek az új nukleotidokat. A baktérium osztódásakor a plazmid is lemásolódott idegen bázisaival együtt, és az utódsejtek osztódásai során is rendre újabb másolatok készültek az új nukleotidokról. Amikor aztán az idegen bázisok utánpótlása megszűnt, a baktérium természetes nuleotidokkal helyettesítette ezeket a plazmidban.
Amíg azonban rendelkezésre állt az utánpótlás, a félig szintetikus plazmid megfelelő sebességgel és pontossággal replikálódott, és nem zavarta meg a baktériumsejtek gyarapodásának ütemét. Meglepő módon a DNS javító mechanizmusai sem kezdték ki az idegen bázispárt, tehát a hosszas kutatómunka eredményeként valóban sikerült egy olyan párost találni, amelyet a sejt rendszerei elfogadtak. (Egy másik feltevés szerint egyszerűen annyira idegennek találták a bázispárt, hogy nem tudtak mit kezdeni vele.)
Malyshev elmondása szerint az idegen bázisok külső adagolása egyfajta biztosítékot is jelent arra, hogy a módosított „Frankenstein-baktériumok” ne szabadulhassanak el a laborból. Ha ugyanis nem kapnak utánpótlást, az utódok hamar normális sejtekké vedlenek vissza, mivel az új bázisok belső szintézisére egyelőre még nem képesek. Ez lesz azonban a kutatás irányának logikus következő lépése. Benner és több más szakértő is olyan sejteken munkálkodik, amelyek maguk hozzák létre a természetben nem létező bázisokat.
Romesberg kutatócsoportja közben azon dolgozik, hogy a szintetikus DNS-sel már fehérjéket is kódoljanak, mégpedig lehetőség szerint olyan proteineket, amelyek természetes fehérépítő aminosavaktól eltérő összetevőket is tartalmaznak. Egy-egy aminosavat egy három nukleotid bázisból álló kodon kódol, és minden a létező genetikai kódrendszerben minden kodonhoz tartozik valamilyen jelentés. Az AAG kodon például a lizin nevű aminosavat kódolja, a TAA pedig azt jelzi, hogy az adott fehérje kódja véget ért. A két új elem hozzáadásával azonban jelentősen megnő a lehetséges kombinációk száma. Négy betű felhasználásával csak bizonyos számú érdekes történet jegyezhető le, mondja Romesberg. Két újabb betű segítségével viszont új szavak (aminosavak) állíthatók össze, amelyekből egészen újfajta mondatok (fehérjék) kreálhatók.
A kutatók szerint elképzelhető, hogy egy napon olyan sejteket hoznak létre a módszerrel, amelyek a daganatos sejtekkel találkozva specifikus toxinokat termelnek, vagy például biolumineszcens proteineket gyártva forradalmasítják a képalkotó eljárásokat. Ross Thyer, a Texasi Egyetem szintetikus biológusa szerint a mostani eredménynek köszönhetően egy egész sor új dolog vált lehetségessé. A szakértő egyetért Romesberggel és kollégáival abban, hogy elképzelhető, hogy a DNS új építőkövei révén új aminosavakat lehet kódolni. Jelenleg nem sok dolog tűnik lehetetlennek, hiszen ezt megelőzően szakma jelentős része úgy gondolta, hogy Romesberg képtelen küldetésre vállalkozott, mégis sikerrel járt, mondja Benner.
A szakértők által kreált kólibaktérium mindössze egyetlen idegen nukleotidpárt tartalmaz, Benner szerint azonban elviekben semmi akadálya annak, hogy az egész genomban elterjesszék az új bázisokat. „Nem hiszem, hogy bármi limitálná ennek lehetőségét. Ha visszamennénk négymilliárd évvel ezelőttre, és újra lefuttatnánk az evolúciót, lehetséges, hogy egy teljesen másfajta genetikai ábécét kapnánk eredményül” – véli a szakértő a mostani eredmények alapján. Ez egyben azt is jelenti, hogy egyáltalán nem elképzelhetetlen, hogy az univerzum más részein egészen másfajta genetikai rendszerű élőlények alakultak ki.
