Κατασκευάστηκε ζωντανός οργανισμός με τεχνητό DNA

Για πρώτη φορά οι επιστήμονες κατάφεραν να μεταβάλλουν την βιολογική αλφάβητο και, παρά το γεγονός αυτό, να δημιουργήσουν έναν ζωντανό οργανισμό που να περνά από τη γενετική πληροφορία.

Πρόκειται για ένα σημαντικό βήμα στη συνθετική βιολογία, καθώς «για πρώτη φορά έχουμε πειραματική απόδειξη πως η ζωή μπορεί να υπάρξει με πληροφορίες που δεν είναι κωδικοποιημένες με τον τρόπο που το κάνει η φύση», δήλωσε ο Floyd Romesberg, αναπληρωτής καθηγητής της Χημείας στο Ινστιτούτο Ερευνών Scripps στην Καλιφόρνια.

Ολες οι μορφές ζωής όπως τις γνωρίζουμε πάνω στη Γη, από τους χοίρους και τα αρκουδάκια πάντα, μέχρι τα ψάρια και τα βακτήρια, έχουν γενετικές πληροφορίες, που κωδικοποιούνται με τον ίδιο τρόπο και την ίδια βιολογική αλφάβητο. Πλέον, μπορεί να υπάρξει ζωή και με αλλαγμένη βιολογική αλφάβητο.

«Με τη νέα ανακάλυψη η ιατρική μπορεί να αποκομίσει μεγάλα οφέλη καθώς υπάρχει πια η δυνατότητα για καλύτερα αντιβιοτικά και θεραπείες για μια πληθώρα ασθενειών για τις οποίες η ανάπτυξη φαρμάκων αποτελεί πραγματική πρόκληση, όπως είναι ο καρκίνος», λέει ο Romesberg.

Τα ευρήματα δείχνουν, επίσης, πως το DNA όπως το ξέρουμε στη Γη μπορεί να μην είναι η μόνη λύση για την κωδικοποίηση της ζωής και ενδεχομένως να υπάρχουν κι άλλοι οργανισμοί σε άλλο σημείο του χώρου που χρησιμοποιούν γενετικά γράμματα ή που δεν χρησιμοποιούν καθόλου DNA και τα οποία δεν τα έχουμε δει ποτέ.

Μήπως αυτό σημαίνει εξωγήινη ζωή; Ο Romesberg απαντά αρνητικά και υποστηρίζει πως σημαίνει απλά ότι μπορεί να υπάρχουν κι άλλοι τρόποι για την αποθήκευση γενετικών πληροφοριών.

Πώς το έκαναν

Για τα γενετικά τους πειράματα ο Romesberg και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν μόρια που ονομάζονται Χ και Υ, που είναι εντελώς διαφορετικά από τις τέσσερις δομικές μονάδες του DNA. Κανονικά, ο γενετικός κώδικας αποτελείται από τέσσερις βάσεις νουκλεοτιδίων: αδενίνη (Α), κυτοσίνη (C), γουανίνη (G) και θυμίνη (Τ). Στο DNA, η γουανίνη σχηματίζει πάντα ζεύγη με την κυτοσίνη και η αδενίνη με τη θυμίνη.

Κάθε ζευγάρι συγκρατείται μεταξύ του με δεσμούς υδρογόνου, που σημαίνει πως το αρνητικά φορτισμένο μέρος του ενός μορίου συνδέεται με το θετικά φορτισμένο μέρος του άλλου, μέσω ενός κοινού ατόμου υδρογόνου. Αξίζει, μάλιστα, να σημειωθεί πως οι James Watson, Francis Crick και τον Maurice Wilkins μοιράστηκαν το 1962 βραβείο Νόμπελ Φυσιολογίας-Ιατρικής για τις ανακαλύψεις τους σχετικά με τη μοριακή δομή των νουκλεϊκών οξέων, το σχηματισμό δίκλωνου έλικα και τη σημασία τους στη μεταβίβαση πληροφοριών σε έμβιο υλικό. Πάνω σ’ αυτές τις ανακαλύψεις βασίστηκε η νέα μελέτη.

«Ο δεσμός ΧΥ είναι πολύ διαφορετικός. Αυτά τα μόρια είναι υδρόφοβα (μόρια που δεν απορροφούν το νερό), όπως το πετρέλαιο που δεν διαλύεται στο νερό. Οι δυνάμεις που διέπουν τη νέα αντιστοίχιση είναι εντελώς διαφορετικές απ’ αυτές που χρησιμοποιήθηκαν από τη φύση», λέει ο Romesberg.

Αρχικά οι ερευνητές συνέθεσαν περίπου 300 διαφορετικές γενετικές παραλλαγές που θα μπορούσαν να είναι πιθανοί φορείς πληροφοριών. Τελικά κατέληξαν στα μόρια Χ και Υ που σε δοκιμαστικό σωλήνα φαίνονταν να αναπαράγονται καλά. Ακόμα δυσκολότερο ήταν να εισαγάγουν αυτά τα μόρια σε ένα κύτταρο και να αναπαράγουν από αυτό το κύτταρο αφύσικα μόρια DNA.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το βακτήριο Escherichia coli (e.coli) για να αποδείξoυν ότι τα Χ και Υ μπορούν να περάσουν με επιτυχία από τη μια γενιά στην επόμενη. Ο Ε. coli είναι ένας εύκολος οργανισμός για να εισαγάγουν σ’ αυτόν ξένο DNA, όπως είπαν οι ερευνητές.

Ενα από τα πιο αξιοσημείωτα στοιχεία των πειραμάτων ήταν ότι τα βακτήρια αναπαράγονταν περίπου 23 φορές, περνώντας κάτω από το Χ και Υ γενετικό μόριο και παρέμεναν απολύτως υγιή.

Ποια θα είναι τα επόμενα βήματα

Χάρη σε αυτή τη μελέτη, είναι τώρα δυνατόν να έχουμε ένα κύτταρο που δεν έχει μόνο δύο ζεύγη γενετικής βάσης, αλλά τρία. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν περισσότερες πληροφορίες σε αυτό.

«Πρέπει να είμαστε σε θέση να ανακτήσουμε τις αυξημένες πληροφορίες που έχουν αποθηκευτεί μέσα σε ένα κύτταρο», εξηγεί ο Romesberg.

Ως γνωστόν, τα γονίδια από το DNA μεταφέρονται στο RNA και οι πρωτεΐνες βασίζονται στον γενετικό κώδικα για το RNA. Το επόμενο βήμα στην έρευνα Romesberg είναι να φτιαχτούν πρωτεΐνες που έχουν ποτέ γίνει πριν, χρησιμοποιώντας αφύσικα γονίδια. Οι πρωτεΐνες έχουν γίνει πολύ σημαντικές σε ό,τι αφορά τις φαρμακευτικές θεραπείες. Τα παραδοσιακά φάρμακα είναι μικρά μόρια, τα οποία πρέπει να δημιουργηθούν συνθετικά, ένα κάθε φορά. Αλλά οι πρωτεΐνες, οι οποίες μπορούν να είναι μεγάλες και σύνθετες, γίνονται από κύτταρα σε ένα πολύ σύντομο χρονικό διάστημα.

«Επειδή βρίσκονται σε ένα ζωντανό κύτταρο, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τεχνικές εξέλιξης για να εξελίξουμε τις πρωτεΐνες που μάς ενδιαφέρουν, ώστε να έχουν τις ιδιότητες που θέλουμε και με τον τρόπο αυτό μπορούμε να κάνουμε καλύτερα φάρμακα», εξηγεί ο  Romesberg.

Δυστυχώς, στη φύση  υπάρχουν μόνο 20 πιθανές δοκιμές μονάδες, που ονομάζονται αμινοξέα, που μπορούν να φτιάξουν πρωτεΐνες. Αλλά αν οι επιστήμονες μπορέσουν να χρησιμοποιήσουν τις πληροφορίες για τα αφύσικα μόρια DNA, που είναι αποθηκευμένες στα κύτταρα, τότε θα μπορούν να δημιουργήσουν πρωτεΐνες που δεν υπήρχαν ποτέ πριν. Η νέα τεχνική θα δώσει τη δυνατότητα δημιουργίας μέχρι και 172 αμινοξέων για την κατασκευή πρωτεϊνών.

Κάτι που σημαίνει περισσότερες επιλογές για φαρμακευτικές θεραπείες των ασθενειών.