211service.com
X označuje místo pro jumbo DNA
Žhavá akce v mnoha oblastech technologie se točí kolem toho, jak dělat věci menší a menší. Vědci ze Stanfordské univerzity se tomuto trendu bránili a syntetizovali umělý řetězec DNA s molekulami asi o 15 procent většími než přírodní odrůda. Tato takzvaná xDNA má vlastnosti, které chybí malé DNA, kterou příroda připravuje. Je stabilnější např. Svítí také pod ultrafialovým světlem. Tyto rysy naznačují, že xDNA by mohla být užitečná v genetických diagnostických postupech a potenciálně v umělých formách života. Náš největší zájem je, zda dokážeme navrhnout svůj vlastní genetický systém, říká profesor chemie Eric Kool, který vedl výzkumný tým ze Stanfordu. Myslím, že jsme na dobré cestě.
Čím se xDNA liší od běžné DNA, je její struktura. Normálně je DNA řetězec nukleotidů, z nichž každý obsahuje cukr, fosfát a bázi: buď adenin, thymin, guanin nebo cytosin (reprezentovaný v popisech DNA jako A, T, G a C). Když se vlákna DNA spojí mezi sebou, báze se určitým způsobem shodují: adenin se vždy váže s thyminem a guanin s cytosinem.
Asi před třiceti lety Nelson Leonard, tehdy chemik z University of Illinois a nyní na California Institute of Technology, našel způsob, jak natáhnout adenin tak, aby při vystavení ultrafialovému světlu fluoreskoval. Co Leonard nemohl udělat, bylo připojit cukr a fosfát k základně a vytvořit tak kompletní nukleotid; vědci v té době nevěděli, jak vyrobit DNA, i když nyní se proces vytváření umělých vláken běžně používá v genetické lékařské diagnostice.
Kool hledal způsob, jak vytvořit dvojitou šroubovici DNA. Nejprve syntetizoval dvě expandované báze: adenin a thymin (xA a xT). Poté vytvořil nukleotidy z xA a xT bází s vhodnými cukry a fosfáty. Spárováním xA s normálním T a xT s normálním A je Kool dokázal sestavit do dvojité šroubovice dostatečně široké, aby obsahovala natažené základny.
Sestavení nukleotidů trvalo čtyři roky práce. Kool začal navržením struktury natažených bází, poté přešel k syntéze, která vyžadovala nalezení vhodných forem cukrů a fosfátů. Dělali jsme chemickou reakci za chemickou reakcí za chemickou reakcí, říká Kool. Čištění výsledků může trvat dny nebo dokonce týdny. A protože taková syntéza nebyla dříve provedena, bylo mnoho slepých uliček.
Jakmile výzkumníci syntetizovali stabilní nukleotidy velké velikosti, použili komerčně dostupné vybavení k jejich spojení do sekvencí DNA. Přirozená DNA potřebuje přibližně 10,5 párových nukleotidových kroků k provedení jedné plné rotace ve dvoušroubovici. Zvětšené základny zvětšují průměr šroubovice, která ve výsledku potřebuje více takových kroků. Tím, že je molekulární struktura větší, nabízí zvýšenou stabilitu; zatímco přirozená DNA v Koolově laboratoři se rozpadla při 21 °C, xDNA zůstala neporušená až do 56 °C. Koolův výzkum ukazuje, že dvoušroubovicová struktura [přirozené] DNA nemusí být jediná, říká Danith Ly, asistent profesora chemie na Carnegie Mellon University a odborník na vývoj chemických nástrojů pro studium genomiky a proteomiky.
Koolovo konečné pátrání po genetickém systému šitém na míru je náročný úkol – a není třeba ho uspěchat, říká Ly: Aby biologická funkce existovala nezávisle na čemkoli, potřebuje proteiny, lipidy, enzymy – všechny možné věci. Bylo by možné, abychom to dokázali v příštích sto letech, ale bylo by to obtížné. A předtím musí Kool vytvořit rozšířené verze základen G a C, které budou pravděpodobně svou obtížností srovnatelné s jeho prací na xA a xT.
Pomineme-li sci-fi scénáře designérských genů, Kool věří, že xDNA má praktické důsledky v diagnostice – zejména při zlepšování stávajících lékařských postupů, které detekují zdravotní stavy na základě struktury lidské DNA. Lékaři, kteří hledají konkrétní DNA nebo RNA u člověka, odeberou vzorek tkáně a zavedou umělé vlákno DNA, které se naváže na tento materiál. Techniky, které smyjí vše kromě vázaných párů obsahujících umělou DNA, umožňují laboratořím snadno prohledávat to, co zbylo. Pokud se nenaváže správně, víte, že jde buď o mutaci, nebo [hledaná] DNA tam není, říká Paul Billings, viceprezident a národní ředitel genetiky a genomiky v Laboratory Corporation of America, diagnostické testovací společnosti v Americe. Burlington, NC
Protože xDNA se váže silněji než běžná DNA, byla by v tomto testovacím procesu odolnější. Navíc by jeho přirozená fluorescence mohla fungovat jako maják, který usnadňuje detekci. I poté, co tato technika byla více než jen laboratorní kuriozitou, by však její diagnostická užitečnost musela být demonstrována v terénu. Nejprve musíte prokázat, že se dostává do buněk a chová se jinak jako ostatní DNA, říká Billings. Za druhé, musíte dokázat, že je to lepší než jiné metody. Existují dobře zavedené metody, které nyní fungují, a zatím neexistuje žádný důkaz, že by vazebné a fluorescenční vlastnosti xDNA byly jasným zlepšením.
Kromě toho by fluorescenční charakteristiky xDNA pravděpodobně vyžadovaly úpravu, říká Ly. Podle článku Koolova týmu se molekula rozsvítila při osvětlení ultrafialovým světlem o vlnové délce asi 390 nanometrů. Tkáně při těchto vlnových délkách neabsorbují příliš dobře, poznamenává Ly, což naznačuje, že pro diagnostické použití by základna musela být upravena tak, aby reagovala na světlo, které bylo blíže červenému konci spektra. To by ale podle Koola nemuselo nutně představovat významný problém při vyšetření dostatečně tenkých plátků tkáně. Ve skutečnosti mohou nukleotidy xDNA dokonce změnit svou fluorescenční barvu nebo intenzitu při vazbě na přirozenou DNA nebo RNA – jev, který by do diagnostické sady přidal další možné nástroje. Říkejme tomu velké světlo pro zdravotnické pracovníky.