211service.com
Šūnu daļu izveide no jauna
Pētnieki no Hārvardas universitātes ir izveidojuši funkcionālu ribosomu — šūnas proteīnu ražošanas iekārtu — no nulles, molekulu pa molekulai. Radīšana ir nozīmīgs solis ceļā uz mākslīgās dzīves veidošanu, un tas galu galā varētu aizpildīt lielu plaisu mūsu izpratnē par dzīvības izcelsmi. Bet zinātniekus, kuri izveidoja ribosomu, visvairāk interesē tās rūpnieciskais pielietojums. Viņi plāno ģenētiski apstrādāt molekulāro iekārtu, lai tā varētu efektīvāk ražot proteīnus, kā arī proteīnus, kas ir dabā parasti sastopamo olbaltumvielu spoguļattēls. Abi uzlabojumi cita starpā varētu būt liela priekšrocība farmācijas nozarē.
Olbaltumvielu rūpnīca: Šeit ir parādīta ribosomas struktūra, šūnu struktūra, kas ražo olbaltumvielas. Zinātnieki tagad ir izveidojuši ribosomu no nulles.
Lai izveidotu ribosomas, Džordža baznīca , Hārvardas ģenētiķis un pēcdoktorantūras pētnieks Maiks Dževets pirmo reizi izjauca ribosomas no Escherichia coli , izplatīta laboratorijas baktērija, tās sastāvdaļu molekulās. Pēc tam viņi izmantoja fermentus, lai apvienotu dažādas RNS un olbaltumvielu sastāvdaļas. Saliekot kopā mēģenē, šie komponenti spontāni izveidojās funkcionālās ribosomās. Lai gan zinātnieki jau pagājušā gadsimta 60. gados ir atjaunojuši ribosomas, kas sastāv no sarežģītas RNS un proteīnu konfigurācijas, šīs iepriekšējās versijas bija sliktas proteīnu ražotāji un tika radītas ķīmiskos apstākļos, kas ļoti atšķīrās no parastās šūnas apstākļiem.
Pētnieki izmantoja mākslīgo ribosomu, lai veiksmīgi ražotu luciferāzes enzīmu - ugunskura proteīnu, kas rada kukaiņu mirdzumu. Galu galā, saka Čērča, viņš vēlas izveidot nelielas olbaltumvielu rūpnīcas no īpaši izgatavotām ribosomām. Mēs vēlamies ražot lielu daudzumu īpašu proteīnu, kurus ir grūti iegūt in vivo un kas ir noderīgi vakcīnu ražošanai [un citiem mērķiem].
Pēc tam pētnieki vēlas izveidot ribosomu, kas var radīt sevi no jauna. Viņi ir sastādījuši sarakstu ar 151 gēniem, kas, viņuprāt, ir nepieciešami pašreproducējošai ribosomai, tostarp ribosomu proteīnu gēni, dažāda veida RNS, fermenti, kas katalizē dažādas reakcijas proteīnu sintēzē, un papildu gēni, kas nav tieši saistīti ar ribosomu. Mēs domājam, ka ar to pietiek ar gēniem, lai replicētu DNS, ražotu RNS un ribosomas, un tam būtu primitīva membrāna, saka Church. Tiklīdz jūs to aktivizēsit, tam vajadzētu būt spējīgam turpināt darbību, ja jūs to apgādāsiet ar aminoskābēm un nukleotīdiem [celtniecības bloki]. DNS un RNS].
Kad sistēma ir izveidota un darbojas, pētnieki cer ģenētiski optimizēt to par efektīvu olbaltumvielu rūpnīcu. Olbaltumvielu produktus, piemēram, bioloģiskās zāles, tagad galvenokārt ražo baktēriju tvertnēs. Kad jūs ražojat olbaltumvielas dzīvās baktērijās, jūs izmetat 90 procentus no baktēriju biomasas, lai iegūtu dažus gramus proteīna. Deivids Dīmers , ķīmiķis Kalifornijas Universitātē Santakrusā. Ja jūs to varētu izdarīt bez dzīviem organismiem, tas varētu būt daudz efektīvāk.
Ribosomu atjaunošana: Šeit ir parādīts detaļu saraksts sintētiskas, pašreplicējošas ribosomas izveidei. Olbaltumvielas ir parādītas purpursarkanā krāsā, RNS - sarkanā krāsā, bet DNS - zilā krāsā. Sarakstā ir iekļauti 54 ribosomu proteīni, kā arī uz RNS balstīti enzīmi, kas iesaistīti olbaltumvielu ražošanā, un citas molekulas, kas mijiedarbojas ar ribosomām.
Church un viņa komanda arī vēlas izmantot ribosomu, lai izveidotu jaunu proteīnu klasi - tos, kas ir dabā sastopamo olbaltumvielu spoguļattēls. Olbaltumvielām un daudzām citām molekulām ir savdabība jeb hiralitāte to struktūrā. Dabā ražotās aminoskābes ir gandrīz tikai kreilis. Un tāpat kā cimds der tikai uz vienas rokas, kreiso roku fermenti var katalizēt substrātu reakcijas tikai ar pareizu roku. Tas nozīmē, ka spoguļattēla molekulas būtu izturīgas pret parasto enzīmu sadalīšanos, saka Church. Tam varētu būt svarīgi rūpnieciski pielietojumi, radot ilgstošus fermentus biofermentācijai, ko izmanto biodegvielu un citu produktu radīšanai.
Farmācijas nozare varētu gūt labumu arī no spoguļattēla molekulu veidošanas metodes. Atšķirībā no bioloģiskās sintēzes ķīmiskā sintēze rada kreisās un labās puses molekulu maisījumu. Taču ar daudzām zālēm — bēdīgi slavenākais piemērs ir talidomīds — viena zāļu forma ir labvēlīga, bet otra — kaitīga. Abu versiju atdalīšana ir dārga, tāpēc efektīva alternatīva, kas no paša sākuma veido tieši vēlamo formu, varētu būt par labu ražotājiem. Church un Jewett vēl nav izveidojuši spoguļattēla proteīnu, izmantojot savu sintētisko ribosomu, bet viņi saka, ka to var izdarīt, vienkārši pielāgojot dažas molekulas fermentā, kas savieno aminoskābes proteīnos.
Mākslīgajai ribosomai ir arī daudz plašāks pielietojums. Tas ir nozīmīgs solis ceļā uz mākslīgās dzīvības radīšanu – šūnu, kas spēj pašam savākties un vairoties. Zinātnieki vēlas izveidot organismu no nulles, lai labāk izprastu bioloģijas iekšējo darbību, kā arī radītu jaunas, ļoti inženiertehniskas dzīvības formas, kuras var izmantot, lai ražotu jaunu degvielu, attīrītu toksīnus vai veiktu citas noderīgas funkcijas.
Turklāt ribosoma var atrisināt galvenos neatbildētos jautājumus par dzīvības izcelsmi. Kā pirmās ribosomas vai līdzvērtīgā struktūra attīstījās ceļā uz dzīvi, kādu mēs to zinām? Tā patiešām ir liela plaisa mūsu izpratnē par dzīvības izcelsmi, saka Deamers. Ja [Church] var manipulēt ar daļām, lai izveidotu labāku vai vienkāršāku ribosomas versiju, tas mums daudz iemācīs par to, kā ribosomas radās. Un, otrkārt, kāpēc gandrīz visā dzīvē ir kreiļu hiralitāte? Tas ir noslēpums, saka Freds Blatners, Viskonsinas-Medisonas universitātes ģenētiķis. Vai tas vienkārši notika tā, vai arī ir kāds iemesls, par kuru mēs nezinām? Ar kreiso ribosomu atbilde uz jautājumu drīz var būt sasniedzama.