Megduplázták a genetikai ábécét

A szintetikus bázisokból álló DNS ugyanúgy viselkedik, mint a természetes molekula, ami azt sugallja, hogy az élet nem feltétlenül korlátozódik a Földön jellemző négy bázisra.

Megduplázták a genetikai ábécét

Bolygónkon az élőlények genetikai kódja négy molekulából, guaninból, citozinból, adeninből és timinből (G, C, A, T ) épül fel, ezek alkotják ugyanis a minden élőlény által hordozott DNS-molekulákat. A szakértők azonban nemrégiben sikeresen megduplázták a DNS-t létrehozni képes bázisok számát, egy szintetikus, nyolc betűs genetikai ábécét hozva létre, amely a jelek szerint pontosan ugyanúgy képes az információ tárolására és mozgósítására, mint a természetes DNS-ek.

Steven Benner, a floridai Foundation for Applied Molecular Evolution (Alkalmazott Molekuláris Evolúciós Alapítvány) alapítója és genetikai bázisok számát kétszeresére növelő kutatócsoport vezetője ráadásul az eredmények alapján úgy véli, hogy a kibővített genetikai ábécén akár élet is alapulhat.

A kutatás ugyanis azt sugallja, hogy a földi élet alapján adó négy bázisban semmi „mágikus” vagy különleges nincs: teljesen véletlen, hogy éppen ezek molekulák alkotják bolygónkon a DNS-eket, hiszen egy sor más molekula is létezhet, amely képes lenne ugyanerre.

Genetikai legó

Alapesetben a DNS kettős hélixe úgy áll össze, hogy az egyes szálakon sorakozó bázisok párokba rendeződnek, az adenin a timinhez, a citozin a guaninhoz kötődik. A szakértők évtizedek óta próbálkoznak újabb párokat adni ehhez a választékhoz, Benner maga például az 1980-as években hozta létre az első „nem természetes” bázisokat. 2014-ben aztán a Scripps Kutatóintézet munkatársai, Floyd Romesberg és kollégái kerültek be a hírekbe, amikor egy új bázispárt építettek bele egy élő sejtbe, amely ugyan kódolni még nem kódolt semmit, de problémák nélkül továbbörökítődött.

Galéria megnyitása

Benner és társai azonban az elsők, akik megmutatták, hogy a komplementer szintetikus bázisok felismerik egymást és kötődnek egymáshoz, és a belőlük felépülő kettős hélix megtartja szerkezetét. A több amerikai cég és kutatóintézet munkatársait tömörítő kollaboráció a természetes bázisok molekuláris struktúráján alakítva hozta létre a genetikai ábécé új elemeit. A DNS két szála között hidrogénkötések alakulnak ki: a bázispárok egyikének hidrogénje a pár másik felének nitrogénjéhez vagy oxigénjéhez kapcsolódik. Benner magyarázata szerint az egész nagyon hasonlít ahhoz, ahogy a legó elemei összepattannak, ha a lyukak és a „dudorok” megfelelő pozícióba kerülnek.

Ehhez a megfelelő pozícionáláshoz először is több új bázispárt is kialakítottak a szakértők, köztük az S és B nevű bázisokat, illetve a P és Z párost. A munka eredményeiről beszámoló legújabb tanulmányukban a szakértők arról számolnak be, hogyan kombinálták ezeket az új bázisokat természetes társaikkal. Az így létrehozott „nyolcbetűs” genetikai nyelvet hachimojinak nevezték el az alkotók, a japán ’nyolc’ és ’betű’ szavak alapján. Az új bázisok mindegyike szerkezetileg nagyon hasonlít a négy természetes bázis egyikére, de kötődési módjukban eltérnek ezektől.

Stabil struktúrák

A kutatók kísérleteik során megmutatták, hogy a szintetikus szekvenciákra is jellemző egy sor olyan tulajdonság, amely az élethez szükséges DNS sajátja. A DNS-nek ahhoz, hogy adattároló rendszerként működni tudjon, kiszámítható szabályok szerint kell felépülnie. Ezért a csapat tagjai először azt demonstrálták, hogy természetes bázisokhoz hasonlóan a szintetikus bázisok is stabil párokba rendeződnek: többszáz szintetikus DNS-molekulát hoztak létre, és ezek esetében kiszámíthatónak bizonyult, hogy mely bázis melyik másikhoz kötődik.

Galéria megnyitása

Ezt követően azt vizsgálták és igazolták, hogy a létrejött kettős hélix szerkezet stabilitása független attól, hogy hány szintetikus bázis került bele abba. Ez azért lényeges, mert ahhoz hogy élet alakulhasson ki, a DNS-szekvenciák esetében a változatosság nem kompromittálhatja a szerkezetet, vagyis függetlenül attól, hogy a bázisok hogyan követik egymást, és hogyan állnak párba a két szál között, a struktúrának ugyanannyit kell bírnia. A kutatócsoport azt demonstrálta, hogy ez a kitétel akkor is működik, ha különböző mennyiségben szintetikus bázisok keverednek a természetes bázisokkal, és ezek együtt hozzák létre a DNS-t.

Ez utóbbi pedig óriási eredmény, hiszen a genetikai ábécé korábbi bővítései közel sem bizonyultak strukturálisan ennyire stabilnak,

mondja Philipp Holliger brit szintetikus biológus. A korábbi kísérletek során ugyanis hidrogénkötések kialakítására képes bázisok helyett víztaszító molekulákkal próbálták bővíteni az genetikai ábécét, amelyeket a természetes bázisok közé el lehetett ugyan helyezni egyesével, de a szerkezet rögtön felbomlott, ha a szintetikus bázisok egymás mellé kerültek.

Átírható kódok

Végül a kutatók azt is igazolták, hogy a szintetikus DNS képes átíródni szintetikus RNS-sé. Az információtárolásra való alkalmasság ugyanis nem elég, ahhoz hogy egy molekula evolúciós jelentőségre tegyen szert genetikai szempontból, arra is szükség van, hogy az általa tárolt adatok hasznosulni tudjanak, vagyis átíródjanak olyan molekulákká, amelyeknek funkcióik vannak, mondja Benner.

Ennek, vagyis a fehérjeszintézisnek pedig a legelső fontos lépése a gének a transzkripció, amely során a DNS egy szakaszáról RNS formájában másolat készül. Bár a kutatók funkcióképes fehérjéket még nem állítottak elő ilyen módon, sikeresen létrehoztak olyan kisebb molekulákat, úgynevezett aptamereket, amelyek specifikus célmolekulákhoz kötődve végeznek el feladatokat. Benner csapata olyan szintetikus DNS-t hozott létre, amely egy adott oligonukleotid aptamert kódol, és az erről átíródott RNS a várakozásoknak megfelelően működött.

Egy igazi nyolc bázisos genetikai rendszer létrehozása azonban a biztató kezdetek ellenére is messze van,

hangsúlyozza Holliger. Az egyik kulcskérdés ennek kapcsán, hogy a szintetikus DNS-t képesek lesznek-e szintetizálni a sejtekben található polimerázok is, amelyek a sejtosztódás során a DNS másolódásáért felelnek. Ez Romesberg és mások hasonló kísérletei esetében már igazolást nyert, de ahogy már említettük, ők víztaszító bázisokat építettek be a DNS egy-egy pontjára, és nem hoztak létre szintetikus bázisok egymást követő sorából felépülő szakaszokat.

Galéria megnyitása

Új funkciók

Függetlenül attól, hogy a polimerázok képesek lesznek-e kezelni az új bázisokat, Benner szerint a kutatás eredményei máris azt sugallják, hogy az élet a Földön jellemző négy nukleotid bázison kívüli elemekből is létrejöhet, vagyis létezhetnek olyan DNS-molekulák, amelyek másfajta szerkezetű nuleotidokból épülnek fel, ami fontos információ lehet az univerzum más pontjain élet után kutató szakértők számára.

A genetikai ábécé kibővítésének azonban ennél közvetlenül hasznosíthatóbb következményei is lehetnek. A nukleotidok számának bővítésével elviekben olyan RNS- és DNS-szakaszok is szintetizálhatók, amelyek többet tudnak a jelenlegi, négyelemű kódból felépült szakaszoknál, és a genetikai információ tárolásán kívül másra is képesek. Benner csapata például máris megmutatta, hogy a Z és P bázisokat hordozó DNS-ek jobban kötődnek daganatos sejtekhez, mint a négy természetes bázist tartalmazó molekulák.

Így a szintetikus DNS például hasznosítható lehet a tumorbetegségek diagnosztizálásában és terápiájában is.

A szintetikus bázisok ezen túl újfajta fehérjék és RNS-ek létrehozására is jók lehetnek, amelyek újfajta feladatokat végeznek el a sejtekben. Benner és kollégái egyébként további új bázispárokon is dolgoznak, így lehetséges, hogy rövidesen 10–12 nukleotidra bővül sajátos, bővített genetikai készletük, amely máris kétszer annyiféle bázist számlál, mint a természetes DNS-ek.

Neked ajánljuk

Kiemelt
-{{ product.discountDiff|formatPriceWithCode }}
{{ discountPercent(product) }}
Új
Teszteltük
{{ product.commentCount }}
{{ voucherAdditionalProduct.originalPrice|formatPrice }} Ft
Ajándékutalvány
0% THM
{{ product.displayName }}
nem elérhető
{{ product.originalPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.grossPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.grossPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.displayName }}

Tesztek

{{ i }}
{{ totalTranslation }}
Sorrend

Szólj hozzá!

A komment írásához előbb jelentkezz be!
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mondd el, mit gondolsz a cikkről.

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap