Pidev DNA sünteesi revolutsioon võib aidata luua genoome nullist

Prantsuse ettevõte DNA Script on teatanud läbimurdest ensümaatilises DNA sünteesis - meetodis, mis võib ühel päeval aidata teadlastel genoomi nullist üles ehitada - ehkki vajalikud on täiendavad uuringud.

DNA on plaan, mis tagab elu hiilgava keerukuse ja järjepidevuse. Seda keemilist polümeeri leidub igas meie triljonis rakus ja mõnel juhul võib DNA tähe (A, T, C ja G) ühekordne muutmine põhjustada tõsiseid geneetilisi haigusi, sealhulgas tsüstilist fibroosi ja sirprakulise aneemia teket. .

Briti biokeemik dr Alexander Todd oli üks esimesi teadlasi, kes töötas välja meetodeid DNA polümeeride keemiliseks sünteesiks. Todd sai 1957. aasta Nobeli keemiapreemia töö eest nukleotiidide keemia ja DNA sünteesi alal, millest enamik juhtus Watsoni ja Cricki 1953. aasta DNA-struktuuri kannul. Todd töötas välja meetodi DNA sünteesimiseks, mida nimetatakse H-fosfonaadi sünteesiks, mida tõhusamad keemilised lähenemisviisid kiiresti asendasid.

Watsoni ja Cricki algne DNA struktuuri mudel, mis põhineb Rosalind Franklini ja Maurice Wilkinsi röntgendifraktsioonipiltidel. See struktuur asub nüüd Suurbritannia Londoni Lõuna-Kensingtoni teadusmuuseumis.

1970. aastateks oli Ameerika biokeemik dr Marvin H. Caruthers välja töötanud palju parema viisi DNA sünteesimiseks, mis tugines endiselt keemilistele vahenditele, kuid oli varasemate lähenemisviisidega võrreldes tõhusam ja stabiilsem. Tänapäevani kasutab enamik sünteetilist DNA-d pakkuvaid ettevõtteid Caruthersi lähenemisviisi, mida nimetatakse fosforamidiidi meetodiks.

Kaasaegsetel DNA sünteesimeetoditel on tõsiseid puudusi, millest kõige vaevalisem on see, et tehnoloogiat ei saa kasutada korduvate nukleotiidijärjestustega DNA ahelate sünteesimiseks, kuna need koonduvad ja peatavad ehitamisprotsessi. See on tõsine probleem, kuna elusorganismide genoomid sisaldavad sageli pikki korduvaid DNA järjestusi. Kuna teadlased soovivad luua nullist terveid genoome, mis nõuavad miljoneid või isegi miljardeid DNA aluseid, on vaja DNA sünteesi drastiliselt täiustatud meetodeid.

Eelmisel nädalal teatas Prantsusmaal Pariisis asuv ettevõte DNA Script, et nad olid edukalt sünteesinud 50 ahela pikkuse DNA ahela, kasutades ainult ensümaatilisi lähenemisviise. See tähendab, et tavapärase fosforamidiidi keemia asemel kasutasid nad valke nende jaoks DNA sünteesimiseks, ilma et oleks vaja kalleid reagente ja ebastabiilseid vahejärjestusi. Kui 50 nukleotiidi ei pruugi palju kõlada ja tehnoloogia pole fosforüramidiidi sünteesi jaoks veel kaugeltki lähedal, suutis ettevõte selle lähenemisviisi abil sünteesida DNA 3 nukleotiidi ahela alles 2015. aastal.

Üks oluline eelis, mida ensümaatilisel DNA sünteesil on fosforamidiidi keemia ees, on see, et kui see on mõõtkavas, on see palju odavam kui fosforamidiidi keemia, kuna see ei kasuta kulukaid (ja keskkonnale kahjulikke) keemilisi reaktiive.

Ka DNA skript pole üksi oma püüdlustes avada uus, tõhusam lähenemisviis DNA sünteesile. Suurbritannias asuv ettevõte Nuclera Nucleics, kes kiitleb dr George Churchi teadusliku nõustajana, konkureerib ka tulevase turuosa pärast.

Ensümaatiliste DNA sünteesi uuringute tempo edeneb ka akadeemilistes ringkondades. - Esmaspäeval teatas Jay Keaslingi UC-Berkeley labor laboris ensümaatilisest DNA sünteesisüsteemist, mis kasutab DNA ahelate laiendamiseks polümeraasi valkudega ühendatud nukleotiide. See doktorantide Daniel Arlow ja Sebastian Palluki juhitud töö näitab, et uus ensümaatiline sünteesisüsteem saab 10–20 sekundi jooksul kasvavale ahelale lisada uue DNA aluspaari ja saab seda teha ilma fosforamidiidi lähenemisviisi kasutades toksilisi reagente kasutamata.

Ehkki see ensümaatiline DNA sünteesi meetod pole kogu genoomi sünteesiks kaugeltki nii tõhus ega täpne, on vaid aja küsimus, enne kui organismide genoome saab kiiresti ja tõhusalt nullist üles ehitada - kas kasutada ensüüme või tavapärane fosforamidiidi keemia.

Yeast 2.0 konsortsium on NYU Langone meditsiinikeskuse geneetiku dr Jef Boeke'i juhitud pidev rahvusvaheline ettevõtmine Saccharomyces cerevisiae ehk pagaripärmi genoomi ehitamiseks täielikult nullist keemiliste meetoditega. See projekt on eriti ambitsioonikas, kuna pärmides on üle 12 miljoni DNA aluse, mis on jaotatud 16 erineva kromosoomi vahel. Osa genoomi ehitamisest vastutavad mõlemad meeskonnad Austraalias, Hiinas, USA-s, Suurbritannias ja Singapuris. Pärmi 2.0 konsortsiumi esimene sünteetiline kromosoom valmis 2014. aasta märtsis. Pärast seda on viis täiendavat kromosoomi lõpule viidud.

Projekti Yeast 2.0 keskpunktiks on pagaripärm, mida kasutatakse õlle pruulimiseks ja leiva tegemiseks, mille eesmärk on sünteesida kogu selle genoom keemilise DNA sünteesi abil.

Kunagi pole rahul puhata, lükkavad teadlased jätkuvalt genoomi sünteesi ümbrikku. Üks algastuses olev algatus kannab nime GP-Write. Juhib osaliselt Drs. George Churchi ja Jef Boeke, GP-Write eesmärk on paljastada peamised bioloogilised põhimõtted, mis võimaldavad suuremahuliste genoomide kiiret ja kulutõhusat sünteesi nullist. Kuna see konsortsium kasvab ja värbab jätkuvalt juhtivaid teadlasi kogu maailmast, on vaid aja küsimus, enne kui inimese genoomi saab täielikult de novo üles ehitada, võimalusel ensümaatiliste DNA sünteesi lähenemisviiside abil, mida tänapäeval alustatakse.

Kas soovite olla kursis viimaste uudistega teaduses ja tehnoloogias?

Liitu meiega Facebookis

Jälgi meid Twitteris.

Plaksutage, kui teile see artikkel meeldis, ja jätke oma küsimustele allpool kommentaar.