Informatika és tudomány

Balázs Richárd

Mesterséges organiz­mus hatbetűs DNS-sel

Az első ember alkotta DNS építőelemeket tartalmazó genommal rendelkező baktérium megnyithatja az utat az új gyógyszerek és egyéb termékek előállítására használható, személyre szabott organizmusok előtt.

Minden élőlény DNS "ábécéje" négy betűből áll, melyek utasításokat kódolnak a sejtekben kulcsfontosságú munkát végző fehérjék számára. Ennek az ábécének mesterségesen előállított betűkre történő kiterjesztésével azonban olyan képességekkel ruházhatják fel az organizmusokat, melyekkel a természetben eddig soha nem látott új fehérjéket állíthatnak elő.

Az ember alkotta DNS bármire használható az új gyógyszerek előállításától egészen a törvényszéki tudományokig, állítják a kutatók. "Sikerült megnövelnünk egy élő sejt DNS-ében tárolható információt" - foglalta össze eredményeiket a tanulmány vezetője, Floyd Romesberg a kaliforniai Scripps Kutató Intézet kémiai biológusa, hozzátéve, hogy mindezek mellett még számos lépcsőfokot kell megmászniuk, mire eljutnak arra a szintre, amin sejtjeik mesterséges proteineket termelnek.

A tudományág a szintetikus biológia névre hallgat, lényege a DNS babrálásával olyan organizmusok létrehozása, melyek újszerű funkciókat adhatnak a gyógyászatban, az energia- és más iparágakban. A DNS négy betűje, úgynevezett bázisai az adenin, timin, guanin és citozin (A, T, G és C). Az adenin a timinnel, a guanin a citozinnal alkot párt. Az RNS a DNS-hez hasonló genetikai anyag, kivéve az eltérő kémiai vázát, illetve a tényt, miszerint a timint uracillal (U) helyettesíti.

Az élő organizmusok fehérjékre fordítják le a DNS-t. Ennek a folyamatnak az első lépése a DNS enzimek alkalmazásával RNS-be történő "átírása". Ezután a riboszóma nevű szerkezet az RNS-t proteinekre fordítja le, melyek az aminosavnak nevezett molekulaszálakat alkotják.

A kutatók célja mesterséges proteineket előállító organizmusok megalkotása. Mindenek előtt azonban be kell bizonyítaniuk, hogy a mesterséges betűket tartalmazó DNS átírható RNS-be, majd ez az RNS lefordítható proteinekre. A tanulmányban Romesberg és csapata létrehozott egy új DNS betűpárt, ami nem létezik a természetben, majd a bázispárt beillesztették egy E.coli baktériumba. A sejtekben a mesterséges DNS plazmidba, a baktériumokban található gyűrű alakú, kettős szálú DNS-molekulába fonódott. A plazmidok szaporodni kezdtek anélkül, hogy kilökték volna az idegen DNS-t, vagy hatással lettek volna a sejt növekedésére, olvasható a kutatók jelentésében.

Most, hogy sikerült demonstrálni a mesterséges DNS betűk beültethetőségét a genomba, be kell bizonyítani, hogy képes a DNS-t új proteinekké alakítani, amikkel hatékonyabb gyógyszerek állíthatók elő.

Hozzászólások

A témához csak regisztrált és bejelentkezett látogatók szólhatnak hozzá!
Bejelentkezéshez klikk ide
(Regisztráció a fórum nyitóoldalán)
  • wraithLord #30
    Most már tuti arról van szó, hogy a citozin (eukariótákban csak az, prokariótákban az adenin is) kap egy metilcsoportot, ami befolyásolja a gének átírását (azáltal, hogy pl. elérhetetlenné tesz egy gént), így tulajdonképpen felülíródik a genomban tárolt "tervrajz", és végül is egy epigenomikus "tervrajz" érvényesül. Pl. az egyedfejlődésben, sejtek érésénél van szerepe.

    Nézőpont kérdése, hogy 5. bázisnak hívjuk-e vagy nem. Igazából a fehérjéket négy bázis kódolja, ez a bázismódosítás pedig egy epgenetikai szabályozó folyamat, mint pl. a mikroRNS-ek vagy a DNS-t csomagoló és elrendező fehérjék módosítása.

    Inkább csak amolyan romantizáló, figyelemfelkeltő indíttatásból szokták ötödik bázisnak hívni.
  • Vol Jin #29
    Őőő nem tudom. Lehet, de nem vagyok benne biztos, mert a fickó szerint a négy bázisból csak az egyik csinálja azt, hogy van rajta egy állapotkapcsoló. Mondom, hogy a buszon ülve hallgattam a rádión. Nekem az jött le, hogy módosul az egyik bázis kémiailag, nem csak szerkezetileg. De te ezt jobban tudod. Ha ez a flipping az, tehát csak szerkezetileg módosul, akkor biztos úgy van.

    A mondat amire határozottan emlékszem, hogy a genetikus fickó a riportert félbeszakította, amikor az belekezdett az ismertetőbe, hogy négy bázis van. Valami olyasmit mondott, hogy nézőpont kérdése, hogy öt vagy négy, de az biztos, hogy ha négyet veszünk alapnak, akkor az egyiknek van egy a és b változata, amikbe időnként átalakul a másikból, és ez egy kapcsoló funkcióként fpgható fel.
  • wraithLord #28
    A bázis flippingre gondolsz? Amikor a bázis 180 fokkal elfordul vagy elfordítja egy enzim, kifordulva/kifordítva a spirálból? Ez arra jó, hogy a különböző enzimek kötődni tudjanak a DNS-hez, és el tudják végezni a feladatukat (citozinhoz vagy adeninhez metil csoport kötése - sokféle funkció, többek között, amiket te is írtál -, DNS másolás, DNS javítás, RNS átírás). Gyakorlatilag ez a flippinghez része minden DNS-sel kapcsolatos folyamatnak. Igen, a DNS szakaszok kikapcsolásának is, vagy nőknél az egyik X kromoszóma kikapcsolása ( mert a legtöbb folyamathoz elég, ha csak az egyik X kromoszómáról íródik át géntermék.)
    Amúgy a bázis flipping a a bázisok közötti hidrogénkötések megszűnésével válik lehetővé. Olyan 9-10 évvel ezelőtt vették észre először.
  • Vol Jin #27
    Amúgy a jelenlegi négy sem igaz. A négy közül az egyiknek van egy ki és bekapcsolt állapota. Baromira nem vágom a témát, csak így a járókelőnél tájékozottabb, ezért beleokoskodik kategória vagyok. Tehát az egyik bázis képes magán egy kapcsolót billegetni. Most vagy magához ránt valami gyököt, vagy a geometriai alakját változtatja már nem vágom, de egy roppant okos főországos akadémiai főszaktekintély erről pofázott a rádióban, amit a mobil fülesén hallgattam a buszon unatkozva, és azt vettem ki a szavaiból, hogy ez egy új fejlemény. Jönnek-mennek az enzimek vagy nem tudom mi, és ezeket a bigyókat billegtetik az egyik bázison, és ettől ki vagy bekapcsol egy DNS-szakasz. Ezért van az, hogy időrendileg másként működnek a sejtek ifjonc korukban meg később.
  • wraithLord #26
    A genom bonyolultsága és mérete nem ugyanazt jelenti. Attól, hogy valami nagyobb, még nem bonyolultabb, csak hosszabb, ugyanazon az elven több információt hordoz.

    Attól, hogy az eukarióták DNSének nagyobb része nem kódol fehérjét, nem jelenti azt, hogy nem jó semmire, ergo felesleges. A nemkódoló DNS az eukarióták "találmánya". A nemkódoló régiók (amin azt értjük, hogy nem kódolnak fehérjét) egyrészt a kódoló régiókat szabályozzák, másrészt pl. ribozimeket, különböző funkciójú RNS-eket, RNS származékokat kódolnak, amely részben szintén az előbb említett szabályozásban vesznek részt. A DNS eddig fölöslegesnek hitt részét mostanában kezdjük megismerni... És a C-érték paradoxon, amit említettél (primitívebb eukarióták nagyobb genommal) is ebbe a kategóriába esik. Most kezd világossá válni a dolog.

    A genomban tárolt valóban felesleges elemek pedig idővel úgyis kipotyognak, szóval nem érdemes ezt ragozni tovább. A vírusmaradványok, ugráló elemek stb. hozzájárulhatnak és hozzájárultak pl. új gének, új géncsaládok képződéséhez. Ha semmi hasznuk sincsen, idővel eltűnnek. Az élőlények jelenlegi genomja csak egy pillanatfelvétele egy örökké tartó (legalábbis a földi élet végéig tartó) fejlődési/változási folyamatnak.

    A baktériumok DNS-ében nincsenek nem kódoló régiók, az teljesen más tészta. Mint ahogy mondtam, a nem kódoló régiók az eukarióták "találmánya".
    A vírusok pedig igen gyorsan evolválódnak (pár év) - vagyis inkább változik a DNS-ük -, ez megint egy másik téma.

    Az esszenciális aminosavak előállításhoz lehet, hogy elég lenne 3 bázis, de egyrészt úgy elég nehéz lenne megoldani a DNS igencsak "praktikus" duplahélix szerkezetét, másrészt így a kódszótár több kombinációja ugyanazt az aminosavat vagy láncterminációs jelet kódolja, amivel hozzájárul a spontán mutációs ráta ismert alacsony szintjéhez (ha a DNS polimeráz elcsesz egy bázist, és nem javítja ki, megvan az esélye, hogy nem történt az aminosavsorrendben változás, ezt hívják csendes mutációnak). Tehát a 4 bázis egyrészt szükséges egy stabil és rugalmas örökítőanyag-szerkezethez, másrészt a megfelelően redundáns kódolásával hozzájárul ahhoz, hogy az általa tárolt "tervrajz" kevésbé barmolódjon el.


    4 bázison felül még két bázis használata többletenergiával és többletanyag-felhasználással jár, mivel azt valahogyan és valamiből fel kell építeni. Kérdés, hogy megéri-e... Az én példámban nem éri meg. Mivel nem ismerünk konkrét példát se az én érvem mellett se az én érvem ellen (mert nincs olyan élőlény, amelynek a DNS-e 6 nukleotiddal kódol), csak az ökológia alapmodelljére tudunk támaszkodni, ami azt mondja ki, hogy az élőlények minden téren a minimálisan szükségesre törekednek... Egy nanométerrel sem lőnek túl a célon, mert azzal ugyanúgy hátrányba kerülnek a másik hasonló ökológiai szerepet betöltő populációval szemben, mint ha a minimálisan szükségesnél kevesebbre lennének képesek. Vagyis pontosítva, túllőhetnek a célon, de hosszútávon emiatt lemorzsolódnak, veszítenek a létért folyó küzdelemben.
  • Tetsuo #25
    Azt állítottad, hogy a 4 bázison felül még kettő használata többletenergiával jár, ami nem teljesen igaz. A kódolástól függ.
    Másrészt pedig a nagyságrenddel bonyolultabb genom is többletenergia, mégis sok élőlény esetén találkozhatunk -jelenlegi tudásunk szerinti- indokolatlanul nagy genommérettel, de az pl. egyértelmű, hogy a gyors populációnövekedés miatt a vírusok és baktériumok redukálják a genomméretet, ahogy csak lehet, ellenben az eukariótákkal.
    Pl. emberi genom 3,2 Gb (Gigabázispár), a tüdőshalé 14Gb.
    Hozzátéve még azt, hogy sok élőlény esetén a DNS nagyrésze nem is kódol fehérjét. Pl. a humán genom tele van történelmi maradványokkal, önző DNS-szakaszokkal, hatástalan vírusokkal, ismétlésekkel. Max. 1,5%-a kódol emberi fehérjét, a genomparaziták aránya kb. 50%.
    Az esszenciális aminosavak előállításának kódolásához elég lenne 3 bázispár is, mégis 4-et használunk, ami 4x4x4=64 tripletet jelent.


  • wraithLord #24
    "Nettó hülyeség"? És bruttó mi? ;D

    "Ennyi." Igen, sajnos látom.
  • Tetsuo #23
    Ne kavarjál! Amit a #9-ben írtál, az nettó hülyeség. Ennyi.
  • wraithLord #22
    Tudod mi az az ökológiai fülke?
    "Természetesen" miért nem az nyeri a versenyt? Szerinted nem lehet ilyen egyszerű modellel megközelíteni a kérdést, de neked sikerült egy még egyszerűbb "modellel" letudnod a "vitát"... Amúgy de, lehet, az ökológiában ez egy alapmodell.
    Ha egy élőlénynek egyszerűbb a DNS-e, az ugye csak abban merül ki, hogy egyszerűbb a DNS-e? A DNS ugye csak arra jó, hogy legyen, mert milyen szépen mutat a sejtekben egy szép hosszú kompaktálódott dupla hélix. :)
    Ki mondta, hogy a DNS bonyolultsága összefügg az evolúciós fejlettséggel? Ja, te mondtad, hogy nem.

    Vajon miért nem lepődtem meg, hogy ilyen kommentet látok, és miért nem lepődtem meg, amikor megláttam, hogy te írtad?
  • Tetsuo #21
    Hülyeséget írsz. Nem lehet ilyen egyszerű modellel megközelíteni a kérdést.
    Természetesen nem az az élőlény nyeri a versenyt adott ökológiai fülkében, amelyiknek egyszerűbb a DNS-e. A DNS bonyolultsága nem is függ össze az evolúciós fejlettséggel.
További bejegyzések a fórumban...