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

Πείραμα στο Χάρβαρντ αλλάζει τον γενετικό κώδικα της ζωής

Τα «γράμματα» του DNA λένε στο κύτταρο ποια αμινοξέα να βάλει στη σειρά για να παράξει συγκεκριμένες πρωτεΐνες  

Γενετιστές στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ κατάφεραν να αλλάξουν τη γλώσσα στην οποία είναι γραμμένες οι γενετικές πληροφορίες ενός βακτηρίου, ένα επίτευγμα που θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για την παραγωγή εντελώς νέων μορίων στη βιομηχανία βιοτεχνολογίας, ενώ ταυτόχρονα θα μπορούσε να εμποδίσει την απόδραση γενετικά τροποποιημένων οργανισμών.
Σε μια δεύτερη μελέτη, η οποία επίσης δημοσιεύεται στο Science, η ίδια ερευνητική ομάδα αναφέρει ότι κατάφερε να αντικαταστήσει 13 διαφορετικά κωδικόνια με νέα κωδικόνια που είχαν την ίδια σημασία. Η τροποποίηση αυτή δεν άλλαξε τον ίδιο τον γενετικό κώδικα, ούτε επηρέασε τη σύσταση των πρωτεϊνών που παράγει η E.coli, δείχνει όμως ότι τα κωδικόνια του DNA είναι δυνατό να αλλάξουν με σχετική ευκολία.
Επιπλέον, η χρήση μικροβίων που χρειάζονται σπάνια αμινοξέα, τα οποία δεν απαντώνται στη φύση, θα εμπόδιζε την απόδρασή τους και τον πολλαπλασιασμό τους στο περιβάλλον.Η μελέτη που δημοσιεύεται στο περιοδικό Science αφορά την αλλαγή του γενετικού κώδικα, ενός συνόλου κανόνων που χρησιμοποιούν όλοι οι οργανισμοί στη Γη για να ερμηνεύουν τις πληροφορίες των γονιδίων.

Το μόριο του DNA είναι μια αλυσίδα που συναρμολογείται από τέσσερις διαφορετικές χημικές βάσεις, οι οποίες είναι ουσιαστικά τα «γράμματα» στο «βιβλίο της ζωής»: A, T, C, G.  Η αλληλουχία των γραμμάτων εξηγεί στο κύτταρο πώς να παράξει συγκεκριμένες πρωτεΐνες, συνδέοντας στη σειρά διαφορετικά αμινοξέα.

Τα κύτταρα διαβάζουν τις βάσεις αυτές ανά τρεις, με κάθε τριπλέτα (ή κωδικόνιο) να μεταφράζεται σε ένα συγκεκριμένο αμινοξύ.

Οι κανόνες όμως άλλαξαν στο εργαστήριο του Τζορτζ Τσερτς, καθηγητή Γενετικής στο Χάρβαρντ. Η ομάδα του Τσερτς κατάφερε να αλλάξει το νόημα ενός συγκεκριμένου κωδικονίου στο γονιδίωμα του κολοβακτηρίου Escherichia coli.

Συγκεκριμένα, κατάφεραν να αλλάξουν το νόημα της τριπλέτας UAG, η οποία κανονικά λέει στο κύτταρο πού τελειώνει κάθε γονίδιο στο μόριο του DNA. Η τριπλέτα άλλαξε σημασία, και πλέον αντιστοιχούσε σε ένα σπάνιο αμινοξύ που δεν χρησιμοποιείται από τους οργανισμούς στη φύση. Με άλλα λόγια, το βακτήριο παρήγαγε πρωτεΐνες χρησιμοποιώντας ένα επιπλέον συστατικό που δεν απαντάται στη φύση. Οι ερευνητές αποκαλούν μάλιστα το τροποποιημένο μικρόβιο «γενετικά επανακωδικοποιημένο οργανισμό».

Οι εσκεμμένες παρεμβάσεις στον ίδιο τον γενετικό κώδικα, πέρα από τις σημερινές μεθόδους που επιτρέπουν την εισαγωγή ξένων γονιδίων, θα ήταν χρήσιμες στη βιομηχανία τεχνολογίας, τονίζουν οι ερευνητές.

Η αλλαγή της γλώσσας του DNA, για παράδειγμα, θα προστάτευε τα καλλιεργούμενα μικρόβια από επιθέσεις ιών, οι οποίες προκαλούν σήμερα προβλήματα στη φαρμακευτική βιομηχανία.

Η παρέμβαση στον γενετικό κώδικα, τέλος, θα επέτρεπε τη σύνθεση εντελώς νέων πρωτεϊνών, όπως για παράδειγμα φαρμάκων τυλιγμένων με αλυσίδες πολυμερών, έτσι ώστε να αυξάνεται η διάρκεια ζωής τους στην κυκλοφορία του αίματος.

Όπως σχολίασε ο επικεφαλής της μελέτης Δρ Τσερτς, οι νέες μελέτες «ίσως μας προσφέρουν μια εντελώς νέα χημική εργαλειοθήκη για τη βιοτεχνολογική παραγωγή».

Πηγή : in.gr

Η κυρία του DNA

Στην κυρία του DNA,  Ρόζαλιντ Φράνκλιν και στα 93α γενέθλια της αφιερώνει η google  το σημερινό doodle  της.

Η Ρόζαλιντ Φράνκλιν ήταν η μοναδική γυναίκα στην αποκάλυψη της δομής του DNA. Οι τρεις άνδρες με τους οποίους έπρεπε να συνδιαλέγεται κατά τη διάρκεια της αναζήτησης της δομής του μορίου  δεν της έδειξαν τον απαιτούμενο σεβασμό.

Η Ρόζαλιντ Φράνκλιν (Rosalind Franklin) γεννήθηκε το 1920 και πέθανε από καρκίνο σε ηλικία μόλις 37 ετών, το 1957.

Κόρη πλούσιας εβραϊκής οικογένειας, η Φράνκλιν σπούδασε βιοφυσική στο Πανεπιστήμιο του Cambridge, δίνοντας μάλιστα μάχη για να ακολουθήσει την επιστημονική καριέρα που επιθυμούσε.

Το 1950 ανήκε στο επιστημονικό προσωπικό του King's College του Λονδίνου, έπειτα από τριετή εργασία σε γαλλικό εργαστήριο, καθώς είχε ήδη καταξιωθεί στην επιστήμη της.

Το 1951 ήταν η Φράνκλιν που έθεσε τις βάσεις για τη λύση του «μυστηρίου» του DNA. Κατάφερε να κάνει τη διάκριση μεταξύ δύο μορφών DNA: της παρακρυσταλλικής Β μορφής και της κρυσταλλικής Α μορφής.

Με τη βοήθεια ακτίνων Χ, κατάφερε να φωτογραφήσει τη μορφή Β, που ακόμη και μέχρι σήμερα, θεωρείται εκπληκτικής καθαρότητας και ακρίβειας. 

Το έργο της έγινε γνωστό και τιμήθηκε μόνο μετά θάνατον.

Η Ρόζαλιντ Φράνκλιν ποτέ δεν τιμήθηκε για τη συμβολή της στη διαλεύκανση της δομής της διπλής έλικας...

Σε πολλά σημεία του βιβλίου του Γουότσον «The double helix», η Φράνκλιν περιγράφεται υπό ένα καθαρά σεξιστικό πρίσμα. Στο βιβλίο, το οποίο εξεδόθη το 1968, η Φράνκλιν αναφέρεται ως «Ρόζι», ενώ δίνεται μια πλήρης περιγραφή του τρόπου με τον οποίο ντυνόταν και ο οποίος σαφώς δεν στόχευε στο να τονίσει τη θηλυκότητά της.

Επιπροσθέτως, σχόλια του βιβλίου όπως «το καλύτερο μέρος για μια φεμινίστρια είναι σε κάποιου άλλου το εργαστήριο», ξεσήκωσαν τις φεμινίστριες εναντίον του ανδροκρατούμενου πανεπιστημιακού κατεστημένου και έκαναν τη Ρόζαλιντ Φράνκλιν σύμβολο του κινήματος όταν αυτό ανθούσε στη δεκαετία του '70.

Για πιο αναλυτικές πληροφορίες δείτε ακόμη :

Η μυστηριώδης κυρία DNA (E.KE.BI.)   

Ρόζαλιντ Φράνκλιν (BHMAScience)

"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"

Ψηφιακά βακτήρια : Πείραμα μετατρέπει το DNA σε μνήμη RAM

Μια πειραματική μέθοδος που επιτρέπει την εγγραφή ψηφιακής πληροφορίας στο γενετικό υλικό βακτηρίων είναι το τελευταίο ορόσημο στο χώρο της συνθετικής βιολογίας.

Ερευνητές του Πανεπιστημίου Στάνφορντ στην Καλιφόρνια χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό ενζύμων για να κωδικοποιήσουν 1 bit πληροφορίας στο γενετικό υλικό του βακτηρίου Escherichia coli. Η αποθήκευση ενός και μόνο bit δεν ακούγεται σημαντικό επίτευγμα, στην πραγματικότητα όμως ήταν ένας τεχνικός άθλος που ίσως ανοίγει το δρόμο για τους πρώτους βιολογικούς υπολογιστές. Η μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση PNAS.

Ψηφιακό DNA

Από τα τέλη της δεκαετίας του 1950, οι βιολόγοι γνωρίζουν ότι η γενετική πληροφορία είναι κυριολεκτικά ψηφιακή. Σε αντίθεση όμως με τους υπολογιστές, οι οποίοι κωδικοποιούν την πληροφορία με δύο μόνο ψηφία (στο δυαδικό σύστημα του "0" και του "1"), το αλφάβητο του DNA αποτελείται από τέσσερα ψηφία, τις χημικές βάσεις Α, Τ, C, G.

Θεωρητικά, είναι δυνατό να χρησιμοποιήσει κανείς αυτά τα τέσσερα γράμματα για να κωδικοποιήσει οποιαδήποτε πληροφορία (πχ λέξεις) σε μόρια DNA. Όμως, το πρόβλημα με αυτού του είδους τη μνήμη είναι ότι το περιεχόμενό της δεν μπορεί να διαγραφεί και να επανεγγραφεί κατά βούληση, όπως συμβαίνει με τη μνήμη RAM των υπολογιστών.

Αντίθετα, η νέα βιολογική μνήμη του Στάνφορντ είναι πραγματικά επανεγγράψιμη -το αποθηκευμένο bit πληροφορίας μπορεί να αλλάξει τιμή ("0" ή "1") μέχρι και 16 φορές χωρίς να αλλοιωθεί.

Σε αυτή την περίπτωση, όμως, η πληροφορία δεν κωδικοποιείται στην αλληλουχία των βάσεων του μορίου DNA, αλλά στον προσανατολισμό του μορίου. Συγκεκριμένα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δύο ένζυμα που προέρχονται από ιούς, τα οποία μπορούν να αποκόπτουν τμήματα του DNA, να αντιστρέφουν τον προσανατολισμό τους και να τα επανασυνδέουν πίσω στην αρχική τους θέση.

Για παράδειγμα, αν η αλληλουχία του DNA έχει προσανατολισμό από το A στο Β, το bit λαμβάνει την τιμή "1". Όταν αργότερα ο προσανατολισμός της αλληλουχίας αλλάξει από Β σε Α, το bit παίρνει την τιμή "0".

Ο προσανατολισμός της αλληλουχίας μπορεί να αλλάζει κατά βούληση με τον προσεκτικό έλεγχο των δύο ενζύμων, τα οποία αποκόπτουν, αντιστρέφουν και επανασυνδέουν την αλληλουχία στο DNA του βακτηρίου.

Και αλλαγή του προσανατολισμού γίνεται αμέσως ορατή, καθώς αλλάζει την έκφραση (λειτουργία) ορισμένων γονιδίων, έτσι ώστε το βακτήριο να αλλάζει χρώμα ανάλογα με το εάν το bit λαμβάνει την τιμή "0" ή "1".

Η λειτουργία του συστήματος ακούγεται απλή, στην πραγματικότητα όμως οι ερευνητές πειραματίζονταν επί τρία χρόνια με 750 διαφορετικούς σχεδιασμούς, πριν καταφέρουν τελικά να δημιουργήσουν τη ζωντανή RAM.

Σκοπεύουν τώρα να συνεχίσουν τις προσπάθειες, ακόμα και για μια δεκαετία αν χρειαστεί, προκειμένου να αυξήσουν το μέγεθος της μνήμης στο 1 byte, το οποίο περιλαμβάνει 8 bit.

Το πλήρες άρθρο