8. jul. 2008

Umetna DNA - res 'končno'?

RTV Slovenija nam je na spletu spet predstavila nekaj posebnega. Pišejo, da naj bi japonski kemiki sintetizirali molekulo DNA, ki naj bi bila narejena 'skoraj popolnoma iz umetnih delov'. Uspelo naj bi jim 'spojiti štiri popolnoma nove umetne osnove znotraj ogrodja DNK-molekule, vzete iz sladkorja', s tem pa naj bi izboljšali gensko zdravljenje in prispevali k napredku v razvoju nanoračunalnikov.

Pa lepo po vrsti... Prvič, lahko bi rekli, da DNA sintetizirajo iz umetnih delov že približno 40 let. Sinteza DNA poteka v 4-stopenjskem postopku na inertnem nosilcu, reagenti, ki jih pri tem uporabljajo, pa so nedvomno 'umetni', saj so naravne molekule preveč reaktivne, da bi sinteza lahko potekla kontrolirano. Reaktivne skupine je treba ustrezno zaščititi in potem selektivno modificirati, da se povežeta dve točno določeni komponenti. Sama sinteza DNA torej ni nič novega.

Japonski raziskovalci naj bi tokrat spojili štiri umetne osnove, vzete iz sladkorja. Kaj naj bi bilo to? Značilno za DNA je, da je sestavljena iz štirih različnih organskih baz, ki so vezane na sladkor (deoksiribozo), torej štiri različne nukleotidne baze (A, C, G, T) in en tip sladkorja, pri tem pa so sladkorji povezani med sabo s fosfatnimi skupinami (fosfodiestrska povezava). So tokrat res baze nadomestili s sladkorji? Bi taka DNA sploh bila stabilna?

Poglejmo torej, kaj so naredili raziskovalci Univerze v Tojami. Članek o njihovem delu bo izšel v reviji Journal of the American Chemical Society 23. julija, tokrat pa podatke povzemam s portala Nanowerk. Že iz naslova članka ("Umetna DNA, sestavljena izključno iz nenaravnih C-nukleozidov s štirimi tipi nenaravnih baz") je jasno, da nova DNA ni sestavljena iz 'snovi vzetih iz sladkorja', pač pa gre za nenaravne baze. Res pa je, da v naslovu omenjajo nukleozide. Nukleozid je ime za povezavo ene riboze (sladkorja pentoze) in ene nukleinske baze.

Namesto štirih (naravnih) nukleinskih baz so tokrat raziskovalci pripravili analoge, ki so po svoji zasnovi vsi podobni in imajo v strukturi samo en obroč (pirimidin). V naravni DNA se namreč v dvojni vijačnici vedno poveže ena baza z enim obročem z eno bazo z dvema obročema (purin), tokrat pa sta v paru dva enojna obroča, toda tako, da je en par povezan z dvema, drug par pa s tremi vodikovimi vezmi, enako kot v naravni DNA. Komplementarnost je torej kemijsko omejena.

Doslej so (predvsem za potrebe genskega zdravljenja s protismerno DNA) že sintetizirali umetno DNA z modificiranimi bazami ali sladkorji. Taka DNA je bila bolj stabilna od naravne DNA, zato se v organizmu ni tako hitro razgradila. Res pa je, da kemijske spremembe niso bile na vseh bazah hkrati, čeprav je zanimiva sprememba na primer bila ta, da so fosfodiestrsko povezavo zamenjali s peptidno vezjo (ki sicer povezuje aminokislinske ostanke v proteinih). V organizmu ni učinkovitih encimov, ki bi prepoznali tako kombinacijo nukleotidnih baz in peptidnih vezi, zato je taka PNA (peptidna nukleinska kislina) bistveno bolj stabilna od DNA.

Glede na strukturo nove 'japonske' DNA kaže, da bi utegnil biti premer take DNA nekoliko manjši kot pri naravni DNA. Gotovo taka DNA ne bi bila komaptibilna s celičnimi encimi, ki sodelujejo pri prenosu genetske informacije, vendar to niti ni mogel biti namen sinteze. Lahko pa bi prišlo do parjenja umetne DNA z naravno in s tem do njene inaktivacije.

Uporaba za pripravo novih nanoračunalnikov seveda ni povezana s celičnimi encimi, da je DNA informacijska molekula, pa vemo že iz biologije. Namesto 0 in 1 iz sveta elektronov nosi DNA štiri različne znake (A, C, G, T ali njihove analoge) in s tem namesto dvojiškega predstavlja osnovo za štiriški številski sistem. Biologija pa je ta štiriški sistem povezala še s kodo, kjer po tri baze iz tega sistema na koncu zapisujejo za en aminokislinski ostanek v proteinu.

3 komentarji:

Franc pravi ...

Zopet ste nam postregli z zanimivim molekularnim "ocvirkom", ki kot običajno skriva v sebi številne zanimive misli o uporabnosti. Vendar se naj ustavim pri drugi stvari. V zapisu zasledimo geslo "protismeren" v povezavi z DNA, pogosto uporabljano v biotehnologiji, tudi medicinski. Gre za prevod angleške besede "antisense", kar bi bolj ustrezalo slovenskemu "protismiseln" in tako se prevod pojavlja tudi v Terminološkem slovarju - TS SBD, kjer pa sta enakopravno ponujena oba prevoda, kar daje prav seveda tudi Vaši rabi. Naj pa povem, da mi je vendarle bolj všeč prevod "protismiseln", ne zgolj zato ker je bližji angleškemu pojmu, ampak tudi ker bolje ustreza dejanskemu stanju pri prebiranju molekularne abecede purinskih/pirimidinskih baz. V protismiselnem traku je v par vedno postavljena baza, ki ima po molekularnem pravilu "obrnjen smisel" od one v osnovnem traku (A z T oz. C z G). Protismernost molekule pa je pravzaprav le vtis opazovalca obeh komplemenarnih trakov v vijačnici, ni pa z njo utemeljen pojav sinteze prilegajočega traku, ker je ta uveljavljen z vsakokratnim obrnjenim smislom baze v protismiselnem traku (pač po omenjenem pravilu). Morda sem preveč zavozlal tole razmišljanje, vem pa da Vam ga bo uspelo odvozlati in nam bralcem tudi povedati, kakšen je bil pravzaprav razmislek, ki ste ga uporabili pri oblikovanju tega gesla v TS SBD.

Marko Dolinar pravi ...

Verjetno sem bil pri Terminološki komisiji sam med tistimi, ki je najbolj zastopal misel, da je 'protismerna' DNA bolj ustrezen prevod kot 'protismiselna'. Bom poskušal razložiti, zakaj.

Prvič, angleški 'sense' se v naših krajih kar preveč preprosto razume samo kot neke vrste 'common sense', čeprav ima beseda veliko različnih pomenov. V spletnem Oxford English Dictionary (OED) jih je naštetih 30 in med njimi je tudi pomen, ki izhaja iz francoske besede 'sens' (smer) in ki se uporablja na primer v matematiki pri vektorjih (v OED razlaga pod točko 29). V slovarju razlagajo besedo 'sense' takole: "To, kar ločuje par entitet, ki se razlikujeta le po tem, da je ena obrnjena glede na drugo".

Drugič, 'sense' in 'antisense' pogosto uporabljamo za 'zgornjo' in 'spodnjo' verigo DNA, pri čemer je težko govoriti o smislu ene in druge. Niso redki primeri, predvsem v prokariontskem svetu, da je nek zapis glede na ostale zapisan na drugi verigi. Glede na ta zapis je seveda nelogično govoriti o 'protismiselni' namestitvi, saj so organizmi s tako namestitvijo čisto zadovoljni že milijone let. Ne gre za stvar smisla, pač pa zgolj smeri.

Upam, da sta ta dva razloga dovolj močna, da upravičujeta morda res ne tako ustaljen prevod, gotovo pa bolj smiseln.

Mimogrede, ker sva ravno pri terminologiji... TS SBD priporoča, da bi izraz 'trak' uporabljali le pri proteinih, pri DNA pa bi ostali pri izrazu 'veriga' - končno rečemo 'dvoverižna DNA', ne 'dvotrakovna DNA'.

Nejc Jelen pravi ...

Pozdrav,
pred kratkim sem tudi sam zacel malo blogati o znanosti in sedaj delam malo reklame za blog, ce vas bo kaj poneslo na mojo stran:
http://kavarnaobrobuvesolja.blogspot.com/
Drugace pa redno spremljam vas blog.
Lp,
Nejc Jelen