Gyógyítás és mesterséges élet létrehozása mesterséges DNS-sel

Amerikai kutatók az Amerikai Kémiai Társaság éves konferenciáján számoltak be a 4 helyett 12 betűt tartalmazó, mesterséges DNS felhasználási lehetőségeiről. A kutatók szerint ez a mesterséges genetikai rendszer megnyitja a lehetőséget sok milliónyi HIV-vel, hepatitisszal és más vírussal fertőzött beteg személyre szabott gyógyításához. A kutatások közelebb vihetnek a földi élet kialakulásának megértéséhez is, amennyiben sikerül darwini evolúcióra és szaporodásra képes önfenntartó molekulákat létrehozni - amilyenekhez hasonlók a földi élet hajnalán, közel 4 milliárd éve kialakulhattak.

A természetben előforduló DNS-molekula négy kémiai "betűt" (azaz szerves bázist) tartalmaz: A (adenin), T (timin), C (citozin) és G (guanin). Ezek párosodásának módját és az így kialakuló kettősspirál-szerkezetet 1953-ban fejtette meg James Watson és Francis Crick, és ezzel elkezdődött a molekuláris genetika napjainkban is tartó forradalma.

A bázisok közül kettő nagyobb, kétgyűrűs (adenin, guanin), kettő kisebb, egygyűrűs (timin, citozin), ezért a kettős spirálban mindig egy nagyobb és egy kisebb bázis kapcsolódik össze, mégpedig az adenin a timinnel, a citozin pedig a guaninnal. A négy bázist a kettős spirálban hidrogénkötések tartják össze (lásd az ábrán). A guanin és a citozin három hidrogénkötéssel kapcsolódik össze, az adenin és a timin kettővel. A hidrogénkötésnél a kötésben részt vevő hidrogént tartalmazó molekula a donor, a másik az akceptor. Tehát a többszörös hidrogénkötések kialakításában a guanin például akceptor-donor-donor, a citozin pedig donor-akceptor-akceptor módon vesz részt.

Steven Benner (Foundation for Applied Molecular Evolution) és kollégái a négy természetes bázis kémiai módosításával előbb hatbetűs, majd néhány éve 12 betűs mesterséges DNS-t állítottak elő. A leglényegesebb különbség a természetes és a mesterséges "betűk" között a hidrogénkötések kialakításának módjában van. Például a mesterséges kis Z bázis donor-donor-akceptor hidrogénkötéseket hoz létre az akceptor-akceptor-donor nagy P bázissal.

A természetes, négybetűs DNS bázisai között kialakuló hidrogénkötések

Mire jó mindez? A vírusok, pontosabban a vírusok örökítőanyagának kimutatásához ún. nukleinsav-hibridizációs eljárásokat használnak. A diagnosztizálásra használt anyag a kérdéses vírus genomjának egy radioaktív izotóppal jelölt jellegzetes részlete, amely képes a minta feltárt és esetleg töredezett genomjával hibridizálódni (a megfelelő részeken összekapcsolódni). A hagyományos eljárásokban a természetes, négybetűs DNS-t alkalmazzák, ez azonban elég sok hibalehetőséget rejt magában, mivel a gazdaszervezet DNS-e zavarja a vírus-DNS vagy -RNS kimutatását. A 12 betűs ábécével kiegészített mesterséges DNS-sel azonban ez a zavaró hatás kiküszöbölhető - állítják a kutatók. Ha ugyanis a vírus örökítőanyagával hibridizálódni képes négybetűs DNS-t néhány mesterséges betűvel egészítik ki, akkor el lehet érni, hogy a kimutatásra használt DNS jószerivel csak a kimutatni kívánt vírus örökítő anyagához kapcsolódjon. A mesterséges betűk által képzett "rendellenes" hidrogénkötések miatt ugyanis ez a fajta DNS nem tud jól kötődni a gazdaszervezetnek a vírusokénál jóval nagyobb örökítő anyagához.

Benner mesterséges "DNS-ábécéje" az alapja egy - már kereskedelmi forgalomban lévő - vírusterhelés-detektornak, amely segíthet személyre szabni többek közt annak a 400 000 embernek a kezelését, akik évente fertőződnek meg az USA-ban hepatitisz B, hepatitisz C és HIV-vírussal. A vírusterhelés-detektor képes kimutatni azt is, ha a fertőzést okozó vírus megváltozik (mutálódik) a kezelésre használt szerek hatására. Így az orvosok időben vethetnek be új szereket, hogy ne szaporodjon el újra a vírus és ne lángoljon fel ismét a kór.

A 12 betűs rendszer fényt deríthet az élet mintegy négymilliárd éve történt kialakulására is - mondta Benner az Amerikai Kémiai Társaság konferenciáján . Benner az [origo] megkeresésére e-mailben a következőket válaszolta ezzel kapcsolatban: jelenleg végzett kísérleteinek célja, hogy önfenntartó, darwini evolúcióra képes mesterséges életformát szintetizáljon a laboratóriumában. A 12 betűs DNS-en alapuló mesterséges rendszere már majdnem mindenre képes, ami egy élőlényt meghatároz: szaporodik, növekszik és reagál a környezetére. Egyelőre azonban  nem tudja önmagát fenntartani, naponta meg kell "etetni", hogy működőképes maradjon.

Benner elmondása szerint azonban sikerült kimutatniuk, hogy a rendszer - az említett segítséggel - képes darwini módon fejlődni. Ez azt jelenti, hogy tudja irányítani az önmagáról készülő másolatok szintézisét, ahol ezek a másolatok nem mindig felelnek meg teljesen a kiinduló állapotnak ("mutálódnak"), de ezek a "tökéletlen" másolatok is képesek továbbmásolni önmagukat. Ez tekinthető egyfajta primitív evolúciónak.

Forrás: ACS