אנזימים לא יכולים להבחין בין DNA מלאכותי לדבר האמיתי

פרסומת
X-ray_Promo1


האלפבית הגנטי מכיל רק ארבע אותיות, המתייחסות לארבעת הנוקלאוטידים, אבני הבניין הביוכימיות המרכיבות את כל ה-DNA. מדענים תהו זה מכבר האם אפשר להוסיף עוד אותיות לאלפבית הזה על ידי יצירת נוקלאוטידים חדשים לגמרי במעבדה, אבל התועלת של חידוש זה תלויה בשאלה אם תאים באמת יכולים לזהות ולהשתמש בנוקלאוטידים מלאכותיים לייצור חלבונים.

פרסומת

כעת, חוקרים מבית הספר לרוקחות ומדעי פרמצבטיקה סקאגס באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו התקרבו צעד אחד יותר לפתיחת הפוטנציאל של DNA מלאכותי. החוקרים גילו ש-RNA פולימראז, אחד האנזימים החשובים ביותר המעורבים בסינתזת חלבונים, הצליח לזהות ולתמלל זוג בסיסים מלאכותי בדיוק באותו אופן כפי שהוא עושה עם זוגות בסיסים טבעיים.

הממצאים, שפורסמו ב-12 בדצמבר 2023 ב תקשורת טבעיכול לעזור למדענים ליצור תרופות חדשות על ידי עיצוב חלבונים מותאמים אישית.

"בהתחשב עד כמה החיים על פני כדור הארץ מגוונים עם ארבעה נוקלאוטידים בלבד, האפשרויות של מה שיכול לקרות אם נוכל להוסיף עוד מפתות", אמר הסופר הבכיר דונג וואנג, PhD, פרופסור בבית הספר לרוקחות ומדעי התרופות סקאגס באוניברסיטת סן דייגו. . "הרחבת הקוד הגנטי עשויה לגוון מאוד את מגוון המולקולות שאנו יכולים לסנתז במעבדה ולחולל מהפכה באופן שבו אנו ניגשים לחלבוני מעצבים כתרופות".

וואנג הוביל את המחקר יחד עם סטיבן א. בנר, דוקטור, בקרן לאבולוציה מולקולרית יישומית, ודמיטרי ליומקיס, דוקטור, במכון סאלק למחקרים ביולוגיים.

ארבעת הנוקלאוטידים המרכיבים את ה-DNA נקראים אדנין (A), תימין (T), גואנין (G) וציטוזין (C). במולקולה של DNA, נוקלאוטידים יוצרים זוגות בסיסים עם גיאומטריה מולקולרית ייחודית בשם Watson and Crick geometry, על שם המדענים שגילו את מבנה הסליל הכפול של DNA בשנת 1953. זוגות ווטסון וקריק אלה נוצרים תמיד באותן תצורות: AT. ו-CG. מבנה הסליל הכפול של ה-DNA נוצר כאשר זוגות בסיסים רבים של ווטסון וקריק מתאחדים.

"זוהי מערכת יעילה להפליא לקידוד מידע ביולוגי, וזו הסיבה שטעויות חמורות בתמלול ובתרגום נדירות יחסית", אמר וואנג. "כפי שגם למדנו, אולי נוכל לנצל את המערכת הזו על ידי שימוש בזוגות בסיסים סינתטיים שמציגים את אותה גיאומטריה."

המחקר משתמש בגרסה חדשה של האלפבית הגנטי הסטנדרטי, הנקראת Artificially Expanded Genetic Information System (AEGIS), המשלבת שני זוגות בסיסים חדשים. AEGIS שפותחה במקור על ידי בנר, התחילה כיוזמה שנתמכת על ידי נאס"א כדי לנסות להבין כיצד יכלו להתפתח חיים מחוץ לכדור הארץ.

על ידי בידוד אנזימי RNA פולימראז מחיידקים ובדיקת האינטראקציות שלהם עם זוגות בסיסים סינתטיים, הם גילו שצמדי הבסיסים הסינתטיים מ-AEGIS יוצרים מבנה גיאומטרי הדומה לגיאומטריית ווטסון וקריק של זוגות בסיסים טבעיים. התוצאה: האנזימים שמתמללים DNA אינם יכולים להבחין בהבדל בין זוגות הבסיסים הסינתטיים הללו לבין אלו המצויים בטבע.

"בביולוגיה, המבנה קובע את התפקוד", אמר וואנג. "על ידי התאמה למבנה דומה לזה של זוגות בסיסים סטנדרטיים, זוגות הבסיסים הסינתטיים שלנו יכולים להחליק מתחת לרדאר ולהשתלב בתהליך התמלול הרגיל".

בנוסף להרחבת האפשרויות לביולוגיה סינתטית, הממצאים תומכים גם בהשערה שמקורה בתגליתם המקורית של ווטסון וקריק. השערה זו, הנקראת השערת הטאוטומר, אומרת שארבעת הנוקלאוטידים הסטנדרטיים יכולים ליצור זוגות לא תואמים עקב טאוטומריזציה, או נטייתם של נוקלאוטידים לנוד בין מספר וריאנטים מבניים בעלי אותו הרכב. תופעה זו נחשבת כמקור אחד למוטציות נקודתיות, או למוטציות גנטיות המשפיעות רק על זוג בסיסים אחד ברצף DNA.

"טאוטומריזציה מאפשרת לנוקלאוטידים להתאחד בזוגות כאשר הם לא אמורים בדרך כלל", אמר וואנג. "טאוטומריזציה של התאמה שגויה נצפתה בתהליכי שכפול ותרגום, אבל כאן אנו מספקים את ההוכחה המבנית הישירה הראשונה לכך שטאוטומריזציה מתרחשת גם במהלך התעתיק."

החוקרים מעוניינים בשלב הבא לבדוק האם ההשפעה שצפו כאן עקבית בשילובים אחרים של זוגות בסיסים סינתטיים ואנזימים תאיים.

"אנו נרגשים להרכיב צוות שיתוף פעולה רב-תחומי עם סטיב ודמיטרי שיאפשר לנו להתמודד עם הבסיס המולקולרי של תעתיק על אלפבית מורחב", אמר וואנג. "יכולות להיות הרבה אפשרויות אחרות למכתבים חדשים מלבד מה שבדקנו כאן, אבל אנחנו צריכים לעשות יותר עבודה כדי להבין כמה רחוק אנחנו יכולים לקחת את זה."

מחברים שותפים כוללים: Juntaek Oh, Jun Xu וג'ני צ'ונג באוניברסיטת סן דייגו, זלין שאן במכון סאלק למדעי ביולוגיה ו-Shuichi Hoshika ב-Foundation for Applied Molecular Evolution.



קישור לכתבת המקור – 2023-12-14 04:25:19

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס

עוד מתחומי האתר

פרסומת ב-1984, בשיא המלחמה הסובייטית-אפגניסטן, צילם הצלם העיתונאי האמריקאי סטיב מק'קרי את מה שנחשב בעיני רבים לתמונה המפורסמת ביותר בעולם. התמונה, בשם ילדה אפגניסטןמתארת ​​ילדה אז בת 12, שזוהתה ב-2002 כשרבאט גולה, בזמן שהיא ומשפחתה התגוררו בנסיר באג, מחנה פליטים אפגני בעיר פשאוואר שבפקיסטאן. הדפסת התמונה על שער גיליון יוני 1985 של נשיונל גאוגרפיק חיזקה