211service.com
Oprettelse af celledele fra bunden
Forskere ved Harvard University har bygget et funktionelt ribosom - cellens proteinfremstillingsmaskine - fra bunden, molekyle for molekyle. Skabelsen repræsenterer et væsentligt skridt hen imod at skabe kunstigt liv, og det kan i sidste ende udfylde et stort hul i vores forståelse af livets oprindelse. Men de videnskabsmænd, der lavede ribosomet, er mest interesserede i dets industrielle anvendelser. De planlægger at pille genetisk ved det molekylære maskineri, så det kan lave proteiner mere effektivt, såvel som proteiner, der er spejlbilledet af dem, der normalt findes i naturen. Begge forbedringer kan være en stor fordel i blandt andet medicinalindustrien.
Proteinfabrik: Her vises strukturen af et ribosom, den cellulære struktur, der producerer proteiner. Forskere har nu skabt et ribosom fra bunden.
For at lave ribosomerne, George Kirke , en Harvard-genetiker, og postdoc-forsker Mike Jewett adskilte først ribosomer fra Escherichia coli , en almindelig laboratoriebakterie, ind i dens komponentmolekyler. De brugte derefter enzymer til at sætte de forskellige RNA- og proteinkomponenter sammen igen. Når de blev sat sammen i et reagensglas, blev disse komponenter spontant dannet til funktionelle ribosomer. Mens videnskabsmænd tidligere har rekonstitueret ribosomer, som består af en kompleks konfiguration af RNA og proteiner, så langt tilbage som i 1960'erne, var disse tidligere versioner dårlige proteinproducenter og blev skabt under kemiske forhold meget anderledes end en normal celles.
Forskerne brugte det kunstige ribosom til med succes at producere luciferase-enzymet, et ildflueprotein, der genererer insektens glød. Til sidst, siger Church, vil han skabe bittesmå proteinfabrikker ud af skræddersyede ribosomer. Vi ønsker at lave store mængder af specielle proteiner, som er svære at lave in vivo, og som er nyttige til vaccineproduktion [og andre formål].
Dernæst vil forskerne skabe et ribosom, der kan genskabe sig selv. De har udarbejdet en liste over 151 gener, som de mener er nødvendige for et selvreproducerende ribosom, herunder gener for ribosomale proteiner, forskellige typer RNA'er, enzymer, der katalyserer forskellige reaktioner i proteinsyntesen, og yderligere gener, der ikke er direkte relateret til ribosomet. Vi tror, det er gener nok til at replikere DNA, producere RNA og ribosomer og have en primitiv membran, siger Church. Når først du får det i gang, burde det kunne fortsætte, hvis du forsyner det med aminosyrer og nukleotider [byggestenene] af DNA og RNA].
Når først de får systemet op at køre, håber forskerne at genetisk optimere det til en effektiv proteinfabrik. Proteinprodukter, såsom biologiske lægemidler, fremstilles nu for det meste i beholdere med bakterier. Når man laver proteiner i levende bakterier, smider man 90 procent af den bakterielle biomasse ud bare for at få et par gram protein, siger David Deamer , en kemiker ved University of California, Santa Cruz. Hvis du kunne gøre det uden levende organismer, kunne det være meget mere effektivt.
Rekonstituering af ribosomer: Her vises en reservedelsliste til fremstilling af et syntetisk, selvreplikerende ribosom. Proteiner er vist i lilla, RNA i rødt og DNA i blåt. Listen omfatter 54 ribosomale proteiner samt RNA-baserede enzymer involveret i proteinproduktion og andre molekyler, der interagerer med ribosomer.
Church og hans team ønsker også at bruge ribosomet til at lave en ny klasse af proteiner - dem, der er spejlbilledet af de proteiner, der findes i naturen. Proteiner og mange andre molekyler har en håndfasthed eller chiralitet til deres struktur. Aminosyrer fremstillet i naturen er næsten udelukkende venstrehåndede. Og ligesom en handske kun passer på én hånd, kan venstrehåndede enzymer kun katalysere reaktioner af substrater med den korrekte håndhed. Det betyder, at spejlbillede-molekyler ville være modstandsdygtige over for nedbrydning af almindelige enzymer, siger Church. Det kunne have vigtige industrielle anvendelser, der genererer langtidsholdbare enzymer til biofermentering, der bruges til at skabe biobrændstoffer og andre produkter.
Medicinalindustrien kan også drage fordel af en metode til fremstilling af spejlbillede-molekyler. I modsætning til biologisk syntese producerer kemisk syntese en blanding af venstre- og højrehåndede molekyler. Men med mange stoffer - det mest berygtede eksempel er thalidomid - er den ene form gavnlig og den anden skadelig. Det er dyrt at adskille de to versioner, så et effektivt alternativ, der giver netop den ønskede form fra starten, kunne være en fordel for producenterne. Church og Jewett har endnu ikke lavet et spejlbillede protein ved hjælp af deres syntetiske ribosom, men de siger, at det kan gøres blot ved at justere nogle få molekyler i enzymet, der forbinder aminosyrer til proteiner.
Det kunstige ribosom har også meget bredere anvendelser. Det er et stort skridt på vejen til at skabe kunstigt liv - en celle, der kan samles og reproducere sig selv. Forskere ønsker at skabe en organisme fra bunden, både for bedre at forstå biologiens indre virke og for at skabe nye, yderst manipulerbare livsformer, der kan bruges til at lave nye brændstoffer, rense toksiner eller udføre andre nyttige funktioner.
Derudover kan ribosomet måske løse store ubesvarede spørgsmål om livets oprindelse. Hvordan udviklede de første ribosomer eller den tilsvarende struktur sig på vejen til livet, som vi kender det? Dette er virkelig et stort hul i vores forståelse af livets oprindelse, siger Deamer. Hvis [Kirken] kan manipulere dele for at lave en bedre eller enklere version af ribosomet, vil det lære os meget om, hvordan ribosomer blev til. Og for det andet, hvorfor har næsten alt liv en venstrehåndet chiralitet? Det er et mysterium, siger Fred Blattner, en genetiker ved University of Wisconsin-Madison. Er det bare sket sådan, eller er der en grund til, at vi ikke er klar over? Med et venstrehåndsribosom kan svaret på spørgsmålet snart være inden for rækkevidde.