211service.com
X markerer stedet for Jumbo DNA
Den varme handling på mange områder af teknologien drejer sig om, hvordan man kan gøre tingene mindre og mindre. For at modvirke denne tendens har forskere ved Stanford University syntetiseret en kunstig DNA-streng med molekyler, der er omkring 15 procent større end den naturlige sort. Dette såkaldte xDNA har egenskaber, der mangler i det sølle DNA, som naturen tilbereder. Den er f.eks. mere stabil. Den lyser også under ultraviolet lys. Disse egenskaber tyder på, at xDNA kan være nyttig i genetiske diagnostiske procedurer og potentielt kunstige livsformer. Vores største interesse er, om vi kan designe vores eget genetiske system, siger kemiprofessor Eric Kool, der ledede Stanford-forskerholdet. Jeg synes, vi er godt på vej.
Det, der adskiller xDNA fra almindeligt DNA, er dets struktur. Normalt er DNA en streng af nukleotider, som hver omfatter et sukker, et fosfat og en base: enten adenin, thymin, guanin eller cytosin (repræsenteret i DNA-beskrivelser som A, T, G og C). Når DNA-strenge binder sig til hinanden, matcher baserne på en bestemt måde: adenin binder altid med thymin og guanin med cytosin.
For omkring tredive år siden fandt Nelson Leonard, dengang kemiker fra University of Illinois og nu ved California Institute of Technology, en måde at strække adenin på, så det ville fluorescere, når det blev udsat for ultraviolet lys. Hvad Leonard ikke kunne gøre var at binde sukkeret og fosfatet til basen og lave et komplet nukleotid; videnskabsmænd på det tidspunkt vidste ikke, hvordan man laver DNA, selvom processen med at skabe kunstige tråde nu er almindeligt anvendt i genetisk medicinsk diagnostik.
Det Kool søgte var en måde at lave en DNA-dobbelthelix på. Først syntetiserede han to udvidede baser: adenin og thymin (xA og xT). Han lavede derefter nukleotider ud af xA- og xT-baserne med passende sukkerarter og fosfater. Ved at parre en xA med en normal T og en xT med en normal A, var Kool i stand til at samle dem til en dobbelt helix lige bred nok til at indeholde de strakte baser.
Opbygningen af nukleotiderne tog fire års arbejde. Kool startede med at designe strukturen af de strakte baser og gik derefter over til syntese, hvilket krævede at finde passende former for sukkerarter og fosfater. Vi lavede kemisk reaktion efter kemisk reaktion efter kemisk reaktion, siger Kool. Oprensning af resultaterne kan tage dage eller endda uger. Og fordi en sådan syntese ikke var blevet udført før, var der mange blindgyder.
Da forskerne havde syntetiseret stabile nukleotider i superstørrelse, brugte de kommercielt tilgængeligt udstyr til at forbinde dem til DNA-sekvenser. Naturligt DNA har brug for cirka 10,5 parrede nukleotidtrin for at lave en fuld rotation i dobbelthelixen. De forstørrede baser øger diameteren af helixen, som har brug for flere sådanne trin som et resultat. Da den er større, giver den molekylære struktur øget stabilitet; mens naturligt DNA i Kools laboratorium faldt fra hinanden ved 21C, forblev xDNA intakt op til 56C. Kools forskning viser, at den dobbelte spiralformede struktur af [naturligt] DNA ikke behøver at være den eneste, siger Danith Ly, en assisterende kemiprofessor ved Carnegie Mellon University og ekspert i at udvikle kemiske værktøjer til at studere genomik og proteomics.
Kools ultimative søgen efter et skræddersyet genetisk system er en stor ordre - og ikke en, der skal forhastes, siger Ly: For at en biologisk funktion kan eksistere uafhængig af noget, har den brug for proteiner, lipider, enzymer - alle mulige ting. For os at gøre det i de næste hundrede år er det måske muligt, men det ville være svært. Og før det skal Kool skabe udvidede versioner af G- og C-baserne, som sandsynligvis vil være sammenlignelige i sværhedsgrad med hans arbejde på xA og xT.
Bortset fra science fiction-scenarier af designergener, mener Kool, at xDNA har praktisk betydning i diagnostik - især i at forbedre de eksisterende medicinske procedurer, der opdager sundhedstilstande baseret på strukturen af en persons DNA. Klinikere, der leder efter bestemt DNA eller RNA i en person, tager en vævsprøve og introducerer en kunstig DNA-streng, der vil binde til det pågældende materiale. Teknikker, der vasker alt bort, undtagen bundne par, der indeholder det kunstige DNA, gør det muligt for laboratorier let at søge efter det, der er tilbage. Hvis det ikke binder ordentligt, ved du, at det enten er en mutation eller det [søgte] DNA ikke er der, siger Paul Billings, vicepræsident og national direktør for genetik og genomik hos Laboratory Corporation of America, et diagnostisk testfirma i Burlington, NC.
Fordi xDNA binder stærkere end almindeligt DNA, ville det være mere modstandsdygtigt i denne testproces. Desuden kunne dens naturlige fluorescens fungere som et fyrtårn, hvilket gør detektion lettere. Selv efter at teknikken var mere end en laboratoriekuriositet, skulle dens diagnostiske nytte dog demonstreres i felten. Først og fremmest skal man bevise, at det kommer ind i cellerne og opfører sig på andre måder som andet DNA, siger Billings. For det andet skal du bevise, at det er bedre end andre metoder. Der er veletablerede metoder, der virker nu, og endnu ingen beviser for, at bindings- og fluorescensegenskaberne af xDNA ville være en klar forbedring.
Ydermere vil de fluorescerende egenskaber af xDNA sandsynligvis have behov for justering, siger Ly. Ifølge papiret fra Kools team lyste molekylet op, når det blev belyst af ultraviolet lys med en bølgelængde på omkring 390 nanometer. Væv absorberer ikke særlig godt ved disse bølgelængder, bemærker Ly og tyder på, at basen til diagnostisk brug skulle justeres for at reagere på lys, der var tættere på den røde ende af spektret. Men ifølge Kool ville dette ikke nødvendigvis udgøre et væsentligt problem ved undersøgelser af tilstrækkeligt tynde skiver væv. Faktisk kan xDNA-nukleotider endda ændre deres fluorescerende farve eller intensitet, når de bindes til naturligt DNA eller RNA - et fænomen, der ville tilføje flere mulige værktøjer til diagnostiksættet. Kald det et stort lys for læger.