Tudomány
Szép új genetikai kód
2010. március 27. 12:22
.jpg)
Új hír, hogy mesterséges beavatkozás hatására DNS-bázis-tripletek helyett DNS-bázis-kvadrupletek is meghatározhatnak egy – eddig nem létezett – aminosavat. Az új fehérjekészítő mechanizmus talán még a mesterséges élet kiindulópontja is lehet?
A Földön ma fellelhető összes élőlényben a sejt fehérjegyártó gépezete a DNS-ben előforduló négy bázisból (adenin, citozin, guanin, timin), öt szénatomos cukorból és foszfátcsoportból álló építőkockákat, az úgynevezett nukleotidokat olvassa le hármasával (tripletekben), hogy azok alapján a fehérjék felépítéséhez szükséges aminosavláncokat állítson elő. Minden hárombetűs „szó” egyetlen aminosavat, vagy egy olyan stopjelzést kódol, ami a fehérjelánc gyártásának leállítását jelzi. Legalábbis eddig így volt.
Jason Chin angol kutató és kollégái áttervezték a sejt fehérjegyártó „gépsorát”, hogy az három helyett egyszerre négy nukleotid betűt (kvadrupletet) is el tudjon olvasni. Ily módon, a fehérjékbe beépíthető genetikai kód által meghatározott aminosavak számát a természetben eddig létező 20-ról 276-ra növelték.
Ez úgy lehetséges, hogy Chin új genetikai kódjával a meglévő 20-on felül további 256 négybetűs nukleotid „szó” alkotható, melyek alapján olyan aminosavak hozhatók létre, amik jelenleg nem léteznek élő sejtekben. Mindez sosem volt szintetikus anyagok, így akár a mesterséges életformák előállításához vezethet el.
Több ilyen szintetikus aminosavat ezek közül már előállítottak, méghozzá úgy, hogy az alap aminosav-szerkezethez különböző kémiai csoportokat adtak hozzá. Egészen mostanáig az volt a kérdés, hogyan lehetne ezekből fehérjéket gyártani. A probléma megoldásához Chinék áttervezték a sejt fehérjegyártó mechanizmusának több „darabját”, ideértve a riboszómákat és a szállító RNS-eket, más néven (transzfer) tRNS-eket.
A riboszómáknak nevezett sejtszervecskék szerepe, hogy itt kapcsolódnak össze fehérjékké a DNS-ben kódolt információ alapján a tRNS-ek által odaszállított aminosavak. A módosított riboszómák és tRNS-ek a meglévő „gépezettel” párhuzamosan működnek, így a sejt hagyományos fehérjekészítő mechanizmusa továbbra is normálisan működik.
Az áttervezett, új aminosavgyártó mechanizmus gyakorlatban való kipróbálásához az angol kutatók két négybetűs kódont (kvadrupletet) juttattak be egy kalmodulin nevű fehérjét kódoló génbe, és ezzel egy-egy mesterséges aminosavgyártó „programot” írtak le az egyes kvadrupletekkel. Amikor a módosított gént bejuttatták az E. coli nevű baktériumba, az olyan módosított kalmodulint állított elő, mely két nemtermészetes aminosavat is tartalmazott.
A két új aminosav azért különösen érdekes, mert a fehérjéket általában összetartó kémiai kötéstől teljesen eltérő kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A módosított kalmodulin esetében például egy teljesen új fehérjeszerkezet jött létre.
A hőmérséklet és a környezet kémhatásának változása tönkreteheti a fehérjék közötti normális kötéseket, aminek következtében elveszíthetik térbeli szerkezetüket. Főzéskor például a megemelkedett hőmérséklet hatására változik meg a tojásfehérje színe és állaga.
Az új, módosított aminosavak közötti kémiai kötések sokkal stabilabbak, emiatt az új fehérjék tágabb környezeti határok között is megőrzik eredeti szerkezetüket. A kutatók arra számítanak, hogy eredményeik hatására például olyan új gyógyszercsoport hozható létre, mely szájon át bevéve sem megy tönkre a gyomorsav hatására. És ez még csak a kezdet! Hosszú távon Chinék kutatása olyan sejtek előállításához vezethet, melyek teljesen új polimereket képesek előállítani. Az ilyen erősebb polimerekből felépülő sejtekből álló élőlények következésképpen erősebbek, vagy keményebbek lehetnek.
A következő lépés még több olyan új tRNS tervezése, mely újabb nemtermészetes aminosavakat építhet össze fehérjeláncokká. Chin szerint ez a lehetőség új anyagok egész sorát hozhatja létre. Miután pedig ezek az anyagok hatalmas tartályokban fermentált baktériumokkal is megtermeltethetők, előállításuk feltehetően sokkal olcsóbb lesz a kémiai szintézisnél.
Az ismert amerikai genetikus, Craig Venter szerint Chinék kutatása új távlatokat nyit a szintetikus biológia területén. Farren Isaacs bostoni kutató azonban arra figyelmeztet, hogy az új polimerek hatással lehetnek a sejtekben jelenleg zajló folyamatokra. Amíg azonban ez nem bizonyul leküzdhetetlen problémának, Chinék eredményei kövezhetik ki a bizarr, új tulajdonságú komplex életformákhoz vezető utat. Chin azon mereng, vajon a DNS-t, az RNS-t, a fehérjéket és a polimerek egy új osztályát magába foglaló sejt létrehozásának eredményeként egy új életforma kialakulását is megfigyelhetjük-e majd? És vajon ez az élőlény rávehető-e olyan dolgok létrehozására, amire a természetes biológia csak azért nem képes, mert korlátozott számú polimer áll a rendelkezésére?
Oravecz Elvira, Népszabadság Online
