понеделник, юни 08, 2009

Изкуствена генетика: Нов вид ДНК има 12 химични ‘букви’ вместо обикновените 4


Учените са създали нов тип ДНК с 12 химични букви вместо познатите четири (A, T, C и G). (Credit: iStockphoto)

ScienceDaily (Mar. 23, 2009) — В драматично пренаписване на рецептата на живота, учени от Флорида обясняват дизайна на новия вид на ДНК с 12 химични букви вместо нормалните четири.

Показана в Солт Лейк Сити, Юта, на 237мата Национална Среща на Американското Химическо Общество (ACS), тази изкуствена генетична система вече ни помага да навлезем в ерата на персонализираната медицина за милиони пациенти с HIV, хепатит и други болести. Изследването също може да хвърли светлина върху това как е възникнал живота на Земята, чрез произвеждането на само-поддържаща се молекула способна на Дарвинова еволюция и репродукция, също както такава молекула е възникнала в зората на живота на Земята преди близо 4 милиарда години.

Водени от Стивън Бенър, Ph.D., тази група пренаписва законите, които Нобеловите Лауреати Джеймс Уотсън и Франсис Крик положиха, когато обясниха структурата на ДНК през 1953. Бидейки едно от най-важните открития през 20.век, откритието на Уотсън и Крик установи как четирите химични „букви” на ДНК-то - A, T, C и G — се групират.
"Това е все едно да стъпим на Луната," казва Стивън Бенър, Ph.D. "Това откритие направо ни завлече крещящи и ритащи в нова територия. Но научихме всички причини за това защо правилата на Уотсън и Крик не позволяват на технологията да вършат полезни неща като високо паралелно усилване на ДНК и високо паралелна диагноза на човешките болести. Тези неща струват доста пари."

Тези правила за чифтосване доста усложняват развитието на мултиплексни диагностични тестове за вирусните заболявания – тестове, които изискват идентификация и маркиране на вирусната ДНК. Старите методи използваха обикновена ДНК за свързване и маркиране на чужд генетичен материал. Но естествената ДНК често би се свързала с не-болестна ДНК и генерирала объркващи позитивни и грешни негативни резултати. Изкуствената ‘азбука’ на Бенър вече е приложена в практиката. Тя е основата на вирусния детектор, който спомага за персонализирането на здравната грижа на онези 400 000 пациенти годишно инфектирани с хепатит Б, хепатит Ц, и ХИВ, причината за СПИН.

"Това е продукт за стотици милиони долари," отбеляза Бенър. Също така се използва и за управление на цистичните нишки (cystic fibrosis). Можем да използваме тази технология за да проникнем в биологичните проби и да извлечем познатите гени с мутациите причиняващи рак. Можем да направим всичко това защото имаме изкуствена ДНК система.
За пациенти с ХИВ и хепатит, вирусния детектор може да даде възможност за живот.
Модерните лекарствени коктейли за тези болести са високо ефективни, намалявайки вирусната концентрация в кръвта до близо нула. Но в дадена точка, вируса мутира, позволявайки му да избегне лекарствата и да се размножи отново. С нарастването на вирусната популация, пациента не показва външни симптоми, така че мутиралия вирус се открива след като се е разпрострял отново. Вирусния детектор, в основата на който лежи 12 буквената система за маркиране на ДНК може да промени това.

"Това, което искаме да направим с персонализираната грижа е да ви дадем коктейл, и след това да наблюдаваме и открием кога вируса става резистентен към него," обяснява Бенър. "В момента не искаме да направим това нещо твърде скоро – това би пропиляло цял живот на добри вирусни инхибитори – но не и твърде късно разбира се. Пациентът би ходил веднъж месечно за измерване на количеството вируси в него. В дадена точка вируса мутира и количеството му нараства. След това знате, че е по-добре да смените коктейла."
Бенър казва, че изкуствената ДНК система е станала важно средство в изследването на генома. 12 буквената азбука вече е основа на нова разработка на Института за изследване на човешкия геном за свързване на големи количества геномна информация с човешката медицина.

12 буквената система може да хвърли светлина върху някои от най-мистериозните моменти в историята на Земята – раждането на живота прези близо 4 милиарда години. Много учени вярват, че това може да се е случило след като древният братовчед на ДНК, РНК, е започнал да оперира като жив организъм.

"Идеята е, че живота е произлязъл на земята като РНК молекулите са се свързали на случаен принцип в пребиотичната супа," казва Бенър. "Тогава, една форма от тях е открила свойството да копира себе си. Правейки това, тя правела копията с малки недостатъци, така че някои от ‘децата’ били малко по-добри. Повечето били по-лоши, така че по-добрите взели повече ресурси. Така започнал Дарвиновият процес. Останалото е история."
Крайната цел на Бенър е да синтезира подобна форма на живот в лабораторията си към Фондацията за Приложна Молекулярна Еволюция. Неговата 12 буквена генетична система е способна на почти всички действия, които дефинират живо същество – репродукция, растеж и реакции към средата – всичко без предимството на гени оформени през милиарди години еволюция. "Но тя все още не е самоподдържаща се," обяснява Бенър. "Имате нужда от някой да идва сутринта и да я храни. Тя не търси сама храната си. Ако започнете да изчислявате колко молекули трябва да прегледаде за да намерите тези, които правят това, тогава ще говорим за цифра от порядъка на 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 молекули."Докато Бенър продължава да търси химична система напълно способна на Дарвинова еволюция, той набляга на уроците, които вече са научени от развитието на 12 буквената система.

"Ние не просто взехме нещата от природата, но ние всъщност разбрахме нещо за това как химичната структура е свързана с генетичното поведение. С това ние можем да направим нови нейни версии," казва Бенър.

Източник: http://www.sciencedaily.com/releases/2009/03/090323122437.htm

Няма коментари:

Публикуване на коментар