Працягваецца рэвалюцыя ў сінтэзе ДНК можа дапамагчы пабудаваць геномы з нуля

Французская кампанія DNA Script абвясціла прарыў у сінтэзе ферментатыўнай ДНК - методыцы, якая аднойчы дапаможа навукоўцам стварыць геномы з нуля - хаця неабходныя дадатковыя даследаванні.

ДНК - гэта аснова, якая забяспечвае бліскучую складанасць і бесперапыннасць жыцця. Гэты хімічны палімер прысутнічае ў кожным з нашых трыльёнаў клетак і, у некаторых выпадках, адна змена літары ДНК (A, T, C і G) можа выклікаць сур'ёзныя генетычныя хваробы, у тым ліку мукавісцыдозу і серповидноклеточной анеміі. .

Доктар Аляксандр Тод, брытанскі біяхімік, быў адным з першых навукоўцаў, якія распрацавалі метады хімічнага сінтэзу ДНК-палімераў. Тод атрымаў Нобелеўскую прэмію па хіміі 1957 г. за працу па хіміі нуклеатыдаў і сінтэзу ДНК, большасць з якіх адбывалася па структуры ДНК Уотсана і Крыка 1953 года. Тод распрацаваў метад сінтэзу ДНК пад назвай сінтэз Н-фасфаната, які быў хутка выцеснены больш эфектыўнымі хімічнымі падыходамі.

Арыгінальная мадэль структуры ДНК Уотсана і Крыка, заснаваная на рэнтгенаўскіх дыфракцыйных малюнках Розалінд Франклін і Морыса Уілкінса. Гэтая структура размяшчаецца ў Музеі навук у Паўднёвым Кенсінгтане, Лондан, Вялікабрытанія.

Да 1970-х гадоў доктар Марвін Х. Карутэрс, амерыканскі біяхімік, распрацаваў значна лепшы спосаб сінтэзаваць ДНК, які ўсё яшчэ абапіраўся на хімічныя сродкі, але быў больш эфектыўным і стабільным, чым папярэднія падыходы. Па сённяшні дзень большасць кампаній, якія прапануюць сінтэтычную ДНК, выкарыстоўваюць падыход Caruthers, які называюць метадам фосфорамидита.

У сучасных метадаў сінтэзу ДНК ёсць некаторыя сур'ёзныя недахопы, найбольш непрыемным з якіх з'яўляецца тое, што тэхналогія не можа быць выкарыстана для сінтэзацыі нітак ДНК з паўтаральнымі нуклеатыднымі паслядоўнасцямі, паколькі яны збіраюцца і спыняюць працэс зборкі. Гэта сур'ёзная праблема, паколькі ў геномах жывых арганізмаў часта ўтрымліваюцца доўгія, якія паўтараюцца паслядоўнасці ДНК. Паколькі навукоўцы імкнуцца стварыць цэлыя геномы з нуля, для чаго патрэбныя мільёны і нават мільярды падстаў ДНК, неабходныя кардынальна ўдасканаленыя метады сінтэзу ДНК.

На мінулым тыдні кампанія DNA Script, якая базуецца ў Парыжы, Францыя, паведаміла, што паспяхова сінтэзавала 50 нуклеатыдаў ДНК, выкарыстоўваючы выключна ферментатыўныя падыходы. Гэта азначае, што замест выкарыстання звычайнай хіміі фасфарамідыту яны выкарыстоўвалі вавёркі для сінтэзу ДНК для іх без неабходнасці дарагіх рэагентаў і нестабільных прамежкавых паслядоўнасцей. У той час як 50 нуклеатыдаў можа здацца не так шмат, і тэхналогія ўсё яшчэ нідзе не падыходзіць да магчымасцей сінтэзу фасфарамідытаў, у гэтым годзе кампанія змагла толькі сінтэзаваць 3 нуклеатыдныя ланцужкі ДНК.

Адным з важных пераваг таго, што сінтэз ферментатыўнай ДНК валодае ў параўнанні з хіміяй фасфарамідыту, з'яўляецца тое, што тэхналогія, якая толькі размаўляецца, будзе значна менш дарагой, чым фосфарамідытавая хімія, паколькі яна не выкарыстоўвае дарагія (і шкодныя для навакольнага асяроддзя) хімічныя рэактывы.

ДНК-сцэнарый не адзінокі ў сваіх намаганнях, каб разблакаваць новы, больш эфектыўны падыход да сінтэзу ДНК. Nuclera Nucleics, кампанія з Вялікабрытаніі, якая можа пахваліцца доктарам Джорджам Царквой у якасці навуковага дарадцы, таксама змагаецца за будучую долю рынку.

Тэмпы даследаванняў сінтэзу ферментаў ДНК прагрэсіруюць з вузкімі тэмпамі ў навуковых колах, а таксама - у панядзелак лабараторыя Дж. Кіслінга ў UC-Berkeley паведаміла пра ферментатыўную сістэму сінтэзу ДНК, якая выкарыстоўвае нуклеатыды, звязаныя з вавёркамі полимеразы для пашырэння ланцугоў ДНК. Гэтая праца, якую ўзначальваюць аспіранты Даніэл Арлоў і Себасцьян Паллук, дэманструе, што новая ферментатыўная сістэма сінтэзу можа дадаць новую аснову пары ДНК да расце ланцугу ў 10–20-я гады і можа зрабіць гэта, не выкарыстоўваючы таксічных рэагентаў з фасфарамідытавага падыходу.

Хоць гэты ферментатыўны метад сінтэзу ДНК яшчэ нідзе не з'яўляецца настолькі эфектыўным ці дакладным для сінтэзу цэлага генома, гэта толькі пытанне часу, калі геномы арганізмаў могуць быць спраектаваны і пабудаваны з нуля хутка і эфектыўна - альбо з выкарыстаннем ферментаў, альбо звычайная хімія фасфарамідыту.

Кансорцыум з дрожджамі 2.0 - гэта пастаянныя міжнародныя намаганні на чале з доктарам Джэфам Бойкам, генетыкам Медыцынскага цэнтра Лангонскага Нью-Йоркскага універсітэта, каб пабудаваць геном Saccharomyces cerevisiae, або хлебныя дрожджы, цалкам з нуля, выкарыстоўваючы хімічныя метады. Гэты праект асабліва амбіцыйны, паколькі дрожджы маюць больш за 12 мільёнаў асноў ДНК, арганізаваных па 16 розных храмасомах. Каманды ў Аўстраліі, Кітаі, ЗША, Вялікабрытаніі і Сінгапуры нясуць адказнасць за стварэнне часткі геному. Першая сінтэтычная храмасома для кансорцыума "Дрожджы 2.0" была завершана ў сакавіку 2014 года. З тых часоў было завершана падрыхтоўка пяці дадатковых храмасом.

Дрожджы хлебапякарні, якія выкарыстоўваюцца для варэння піва і падрыхтоўкі хлеба, з'яўляюцца асноўнай кропкай праекта

Ніколі не здавольваючыся, навукоўцы працягваюць штурхаць абалонку сінтэзу геному. Адна з ініцыятыў, якая яшчэ знаходзіцца ў зачаткавым стане, называецца GP-Write. Часткова кіраваў д-р. Джордж Царква і Джэф Бойк, GP-Write імкнуцца раскрыць кіруючыя біялагічныя прынцыпы, якія дадуць магчымасць хуткаму і эканамічна эфектыўнаму сінтэзу маштабных геномаў з нуля. Па меры таго, як гэты кансорцыум расце і працягвае набіраць вядучых навукоўцаў з усяго свету, гэта толькі пытанне часу, калі геном чалавека можа быць пабудаваны зусім новым, магчыма, з выкарыстаннем ферментатыўных падыходаў да сінтэзу ДНК, якія сёння ўпершыню створаны.

Хочаце быць у курсе апошніх апошніх навін у галіне навукі і тэхнікі?

Далучайцеся да нас на Facebook

Сачыце за намі ў Twitter.

Папляскайце, калі вам спадабалася гэтая артыкул, і пакіньце каментар ніжэй са сваімі пытаннямі.