Mai aproape de crearea vieții artificiale – extinderea „alfabetului” ADN-ului a dat naștere pentru prima dată unei proteine sintetice funcționale
A (adenină), G (guanină), T (timină), C (citozină) – cele 4 litere care reprezintă compușii de bază din structura ADN-ului. Din combinațiile lor rezultă varietatea de proteine care intră în alcătuirea organismelor. Dar ce s-ar întâmpla dacă am extinde informația genetică din ADN?
Experții de la Synthorx și The Scripps Research Institute (TSRI) au adăugat două noi litere în „alfabetul” ADN- ului și au creat primul organism semi-sintetic ce poate stoca o cantitate mult mare de material genetic. X și Y au fost denumite bazele azotate care au intrat în alcătuirea ADN-ului artificial al unei tulpini de E-coli producând o proteină nouă, complet funcțională, formată și din aminoacizi care nu se găsesc în natură.
Rezultatele studiului au fost publicate în revista Nature și marchează un pas important pentru facilitarea apariției de noi medicamente, cu proprietăți mult mai complexe, pe scară largă și cost eficiente.
Informații esențiale:
- este pentru prima dată când au fost produse proteine artificiale prin descifrarea „alfabetului” genetic alcatuit din 6 litere, nu din 4, cum se întâmpla până acum
- această inovație le-ar putea permite cercetătorilor să fabrice molecule artificiale care ar putea îndeplini în organism funcții mult mai diverse
- scopul principal nu este crearea de noi forme de viață, ci dezvoltarea de noi medicamente pentru a trata cât mai multe boli
- experții își propun descoperirea de noi terapii mult mai eficiente, cu proprietăți farmacologice superioare, mai sigure și mai convenabile pentru pacienți
- prin adăugarea noii perechi de baze, un organism ar putea genera până la 152 de aminoacizi noi
Care este structura ADN-ului și cum sunt sintetizate proteinele?
ADN–ul și ARN-ul aparțin unei clase de macromolecule numite acizi nucleici. ADN-ul este format din două lanțuri care conțin drept unități de baza nucleotidele. Cele două lanțuri se orientează spațial în așa fel încât întreaga moleculă de ADN ia forma unui dublu helix.
Un nucleotid e alcătuit din 3 substanțe:
- O bază azotată, care poate fi de patru tipuri – adenină, guanină, citozină sau timină (în ARN, timina e înlocuită de uracil)
- Un monozaharid (deoxiriboză)
- Un grup fosfat
Monozaharidul și grupul fosfat realizează ”scheletul” moleculei, ele unesc nucleotidele din același lanț. Unei baze azotate de pe un lanț îi corespunde o anumită bază de pe celălalt lanț. Cele patru baze se combină într-un mod specific:
- A – T
- G – C
Trei perechi de nucleotide succesive formează un CODON. Codonul codifică un AMINOACID, iar mai mulți aminoacizi alcătuiesc o PROTEINĂ.
De ce sunt importante proteinele sintetice?
Este pentru prima dată când au fost produse proteine prin descifrarea alfabetului genetic alcatuit din 6 litere, nu din 4, cum se întâmpla până acum. Combinațiile celor 2 perechi de baze azotate naturale oferă un arsenal terapeutic limitat în ceea ce privește producerea de noi proteine.
În natură, cu cele 2 perechi de baze pe care le cunoșteam până acum existau 20 de aminoacizi standard, însă prin adăugarea noii perechi de baze un organism ar putea genera până la 152 de aminoacizi noi.
Cu această descoperire, s-a reușit în premieră încorporarea mai multor tipuri de aminoacizi artificiali în proteine de dimensiuni variabile. Ce înseamnă acest lucru? De la apariția unor noi forme de viață cu noi funcții până la fabricarea de medicamente pe scara largă. Cercetătorii își propun descoperirea de noi terapii mult mai eficiente, cu proprietăți farmacologice superioare, mai sigure și mai convenabile pentru pacienți.
„Prin adaugarea bazelor X si Y, am extins vocabularul genetic pentru a putea genera o gamă largă de proteine cu aplicații numeroase, inclusiv contribuind la identificarea de medicamente noi. Astfel am reușit să facem cea mai mică schimbare posibilă a organismului viu, pentru prima dată” – Prof. Floyd Romesberg, Scripps
Cum funcționează organismul semi-sintetic?
În articolul din Nature, echipa Synthorx-Scripps explică modul în care au modificat o tulpina de Escherichia coli, o bacterie frecvent asociată cu toxiinfecțiile alimentare, însă cu multiple utilizări în laboratoarele de cercetare. Noua bacterie a fost creată cu ajutorul unui plasmid, o moleculă circulară de ADN care conținea perechea de baze X și Y. Cu această pereche de baze adițională, la nivel ribozomal s-a decodificat noul mesaj genetic într-o nouă generație de proteine.
Dacă primul pas, de a adăuga noile baze și a determina bacteria să crească și să se dividă normal transferând noul material genetic din generație în generație a fost atins, provocarea reală era ca noile baze să fie „citite” corect și organismul să genereze o proteină nouă.
Bacteriei i-a fost adăugat ADN-ul care codifică ARN-ul mesager ce conține codonii AXC și GXC precum și portiunea de ADN care corespunde ARN-ului de transfer. Astfel prin interactiunea dintre noile molecule programate ARNm si ARNt s-au obținut proteine noi care conțin amionacizii artificiali în poziții cheie.
Ulterior a fost testată abilitatea bacteriei semi-sintetice de a produce un anumit tip de moleculă proteică – o formă sintetică de proteină verde fluorescentă. Proteina verde fluorescentă se gasește în natură la meduze, fiind izolată pentru prima dată de la specii de Aequorea victoria care iluminează prin absorbția razelor ultraviolete.
În laboratoarele de cercetare, această proteină are vaste aplicații, fiind folosită adesea pentru evidențierea evoluției anumitor procesel biologice. Proteina a servit doar ca model experimental și a fost nevoie de intervenția oamenilor de știință pentru a introduce bazele X și Y în ADN, ceea e înseamnă că bacteria nu poate exista în afara condițiilor de laborator.
„Am reușit să obținem o puritate a încorporării aminoacizilor sintetici de peste 98%, ceea ce arată cât de ușor pot fi integrate noile baze în procesul natural de codificare și decodificare a informației genetice” – Yorke Zhang, autor principal al studiului.
Implicațiile acestei descoperiri sunt greu de estimat. Tehnicile curente de inginerie genetică se concentrează pe modificarea unor gene existente deja, în timp ce această inovație determină apariția unui nou „limbaj” genetic, ceea ce schimbă foarte mult lucrurile.
Prof. Romesberg a explicat că scopul nu este crearea de noi forme de viață, ci dezvoltarea de noi medicamente pentru a trata mai multe boli.
De exemplu, le-ar putea permite cercetătorilor să fabrice molecule artificiale care ar putea îndeplini în organism aproape orice funcție ne dorim. Compania biotehnolgică Synthorix și-a propus să dezvolte noi proteine cu diverse scopuri terapeutice și să transfere cercetările în aria clinică.
Articole similare:
- STUDIU. Câte mutații genetice sunt necesare pentru apariția cancerului?
- STUDIU. De ce nu mai răspund la tratament 40% dintre pacienții cu cancer pulmonar?
- #ESMO17. 75% dintre pacientele cu cancer mamar sau ovarian nu și-au făcut testarea genetică, deși ar fi trebuit