Επιστήμονες «μεγάλωσαν» το αλφάβητο του DNA

Το ημισυνθετικό βακτήριο που δημιούργησαν επιστήμονες στις Ηνωμένες Πολιτείες διαθέτει στο DNA του, πέρα από τα τέσσερα φυσικά «γράμματα», άλλα δύο συνθετικά.  

Να αυξήσουν το γενετικό αλφάβητο κατά 50% κατάφεραν επιστήμονες στις Ηνωμένες Πολιτείες, καθώς δημιούργησαν ένα ημισυνθετικό βακτήριο, το οποίο διαθέτει στο DNA του, πέρα από τα τέσσερα φυσικά «γράμματα», άλλα δύο συνθετικά.

Τα δύο αυτά έξτρα «γράμματα» του γενετικού αλφαβήτου επιτρέπουν στον μικροοργανισμό να παράγει νέες πρωτεΐνες που δεν υπάρχουν στη φύση, με τους δημιουργούς του να επισημαίνουν ότι πρόκειται για ένα σημαντικό βήμα στην κατεύθυνση της δημιουργίας υβριδικής, τεχνητής και «κατά παραγγελία» ζωής.

Εδώ και περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια που εμφανίσθηκε η ζωή στη Γη, τα γονίδια στο DNA είναι «εγχειρίδια οδηγιών» για τη δημιουργία πρωτεϊνών. Τα τέσσερα γράμματα του γενετικού κώδικα είναι μόρια, γνωστά και ως αζωτούχες βάσεις. Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί χρησιμοποιούν αυτά τα γράμματα-βάσεις A (αδενίνη), C (κυτοσίνη), G (γουανίνη) και T (θυμίνη), αλλά ο νέος οργανισμός διαθέτει δύο ακόμη, που αποκαλούνται Χ και Υ.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Φλόιντ Ρόουμσμπεργκ του Ινστιτούτου Ερευνών Scripps στην Καλιφόρνια, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature», είχαν για πρώτη φορά ενσωματώσει το 2014 τα «γράμματα» Χ και Υ στο DNA ενός βακτηρίου E.coli. Τα βακτήρια μπορούσαν τότε απλώς να αποθηκεύουν τις δύο πρόσθετες συνθετικές βάσεις και να τις «κληροδοτούν» στους «απογόνους» τους.

Το νέο ουσιαστικό βήμα που έγινε αυτή τη φορά, είναι ότι οι επιστήμονες κατάφεραν να «παντρέψουν» με επιτυχία τις τέσσερις φυσικές και τις δύο συνθετικές βάσεις μέσα στα γονίδια του βακτηρίου, κάνοντας «σάντουιτς» κάθε Χ και κάθε Υ ανάμεσα σε δύο άλλες φυσικές βάσεις. Έτσι το βακτήριο μπόρεσε να «διαβάσει» το DNA που περιέχει τα έξτρα Χ και Υ, να τα μεταγράψει σε μόρια RNA και, τελικά, αυτά να «μεταφρασθούν» σε πρωτεΐνες, οι οποίες περιέχουν αμινοξέα που δεν υπάρχουν στη φύση.

 «Δεν θα αποκαλούσα νέα μορφή ζωής αυτό που δημιουργήσαμε, αλλά είναι το κοντινότερο σε αυτό πράγμα που οποιοσδήποτε έχει ποτέ κάνει. Είναι η πρώτη φορά που ένα κύτταρο έχει μεταφράσει μια πρωτεΐνη, χρησιμοποιώντας κάτι άλλο πέρα από τα G, C, A και Τ. Είναι ένα μικρό βήμα, αλλά ένα πρώτο πετυχημένο βήμα» δήλωσε ο Ρόουμσμπεργκ.

Κανονικά οι τέσσερις φυσικές βάσεις-γράμματα του γενετικού κώδικα μπορούν να παράγουν 20 αμινοξέα, αλλά με την προσθήκη των βάσεων Χ και Υ μπορούν να παραχθούν έως 152 αμινοξέα. Αυτά, μελλοντικά, είναι πιθανό να επιτρέψουν τη δημιουργία νέων φαρμάκων, υλικών κ.α. Ήδη από το 2014 το εργαστήριο του Ρόουμσμπεργκ δημιούργησε την εταιρεία Synthorx Inc, η οποία πρωτοπορεί στην προσπάθεια να αναπτυχθούν νέα φάρμακα με βάση τα Χ και Υ.

Οι επιστήμονες διαβεβαίωσαν ότι είναι αδύνατο ο ημισυνθετικός οργανισμός να ζήσει στη φύση έξω από το εργαστήριο και να πολλαπλασιασθεί ανεξέλεγκτα, καθώς καμία μορφή ζωής στον πλανήτη δεν μπορεί να παράγει μόνη της τα έξτρα «γράμματα» Χ και Υ στο DNA της, χωρίς κάποιος άνθρωπος να προσθέσει τις σωστές χημικές ουσίες. «Δεν μπορούν να δραπετεύσουν. Δεν υπάρχει εδώ σενάριο τύπου Τζουράσικ Παρκ» τόνισε ο Ρόουμσμπεργκ.

Πηγή : in.gr

«Ενισχύεται» η θεωρία του RNA για την εμφάνιση της ζωής στη Γη

Το μόριο RNA αποτελούνται από τέσσερα χημικά «γράμματα», τις βάσεις αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και ουρακίλη   (Φωτογραφία:  CC BY-SA 3.0 )

Η θεωρία που θέλει το RNA να ήταν το πρώτο βιολογικό μόριο που εμφανίστηκε στον πλανήτη δείχνει να ενισχύεται από τα αποτελέσματα πειράματος στη Γερμανία, το οποίο έδειξε ότι οι βασικοί δομικοί λίθοι αυτού του νουκλεϊκού οξέος παράγονται αυθόρμητα στις κατάλληλες συνθήκες.

Το RNA έχει την ιδιότητα να αντιγράφει τον εαυτό του, περίπου όπως το DNA, επιπλέον όμως έχει την ικανότητα να δρα ως καταλύτης για την επιτάχυνση χημικών αντιδράσεων. Λόγω αυτών των ασυνήθιστων ιδιοτήτων, αρκετοί βιολόγοι πιστεύουν σήμερα ότι η εμφάνιση του RNA ήταν το πρώτο βήμα της εξέλιξης της ζωής στον πλανήτη.

Στους σημερινούς οργανισμούς, το RNA παράγεται από πολύπλοκους κυτταρικούς μηχανισμούς με πολλά μοριακά εξαρτήματα. Αν όμως η θεωρία είναι σωστή, τα πρώτα μόρια RNA πρέπει να εμφανίστηκαν από πολύ απλούστερες διαδικασίες.

Το 2009, η ομάδα του Βρετανού χημικού Τζον Σάδερλαντ έδειξε ότι μια σειρά χημικών αντιδράσεων που μπορεί να συνέβαιναν στη νεαρή Γη δίνουν τις βάσεις κυτοσίνη και ουρακίλη, δύο από τα τέσσερα χημικά «γράμματα» στο αλφάβητο του RNA.

Τώρα, η ομάδα του Τόμας Κάρελ στο Πανεπιστήμιο «Λούντβιχ Μαξιμίλιαν» του Μονάχου αναφέρουν στο περιοδικό «Science» ότι παρήγαγε από το μηδέν και τις δύο άλλες βάσεις του RNA, την αδενίνη και τη γουανίνη.

Το πρώτο στάδιο της διαδικασίας απαιτεί μόνο υδροκυάνιο, μια απλή ένωση που πιστεύεται ότι υπήρχε σε αφθονία στη νεαρή Γη και αποτελείται από τρία στοιχεία με βασικό ρόλο στη ζωή, το υδρογόνο, τον άνθρακα και το άζωτο.

Το υδροκυάνιο αντιδρά εύκολα με νερό και, παρουσία οξέων, δίνει τελικά αδενίνη και γουανίνη. Επιπλέον, το πείραμα έδειξε ότι οι βάσεις αυτές αντιδρούν εύκολα με ριβόζη, ένα σάκχαρο που αποτελεί το βασικό σκελετό του μορίου του RNA.

Μερικοί επιστήμονες εμφανίστηκαν ωστόσο επιφυλακτικοί, επισημαίνοντας μεταξύ άλλων ότι οι συνθήκες στις οποίες αναφέρθηκε η σύνθεση κυτοσίνη και ουρακίλη είναι διαφορετικές από τις συνθήκες που απαιτούνται για την αδενίνη και τη γουανίνη, και επομένως δεν μπορεί να συνέβαιναν ταυτόχρονα στη νεαρή Γη.

Μια εναλλακτική θεωρία είναι ότι η πρώτη ζωή εμφανίστηκε στους ωκεανούς γύρω από υδροθερμικά φρεάτια, οπές στον πυθμένα από τις οποίες αναβλύζει ενέργεια και μια πληθώρα διαφορετικών χημικών.

Πηγή : in.gr

"Τετραπλή" έλικα DNA βρέθηκε για πρώτη φορά στον άνθρωπο

Εξήντα χρόνια μετά την ανακοίνωση – ορόσημο από τους Γουότσον και Κρικ σχετικά με τη δομή της διπλής έλικας του DNA, ερευνητές του ίδιου πανεπιστημίου, αυτού του Κέμπριτζ, δημοσιεύουν μια νέα μελέτη στην επιθεώρηση "Nature Chemistry" η οποία ανοίγει καινούργιους δρόμους στην κατανόηση των "μυστικών" του γενετικού υλικού μας και του ρόλου που παίζει τόσο στην υγεία όσο και στην ασθένεια. Επιστήμονες του Τμήματος Χημείας του Κέμπριτζ αναφέρουν ότι "συνέλαβαν" για πρώτη φορά in vivo σε ανθρώπινα κύτταρα στο εργαστήριο… τετραπλές έλικες DNA!

Με… βάση τη γουανίνη

Οι δομές αυτές ονομάζονται G-quadruplexes και σχηματίζονται σε περιοχές του DNA στις οποίες αφθονεί ο δομικός λίθος - ή "βάση", όπως αποκαλείται – του DNA γουανίνη (guanine, εξ ου και το G - υπενθυμίζουμε ότι οι άλλες τρεις βάσεις του γενετικού υλικού μας είναι η αδενίνη (adenine), η κυτοσίνη (cytosine)και η θυμίνη (thymine). Συγκεκριμένα, όπως είδαν οι επιστήμονες, όταν υπάρχει αφθονία της γουανίνης σε κάποια περιοχή του γονιδιώματος η διπλή έλικα διασπάται και παίρνει τετραπλή μορφή, μέσω της αλληλεπίδρασης τεσσάρων G βάσεων οι οποίες σχηματίζουν ένα τετράγωνο. Οι δομές αυτές εμφανίζονται στον πυρήνα των χρωμοσωμάτων αλλά και στα τελομερή, στις άκρες δηλαδή των χρωμοσωμάτων οι οποίες τα προστατεύουν από τη φθορά.

Σύμφωνα με τους ερευνητές του Κέμπριτζ που εντόπισαν τις τετραπλές έλικες σε ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα, αυτές φαίνεται να αποτελούν μεταβατικές δομές και να συνδέονται με την αντιγραφή του DNA η οποία είναι καθοριστική για την κυτταρική διαίρεση.

Διαβάστε ολόκληρο το άρθρο στο "Βήμα Science"