211service.com
X iezīmē vietu Jumbo DNS
Aktīvā darbība daudzās tehnoloģiju jomās ir saistīta ar to, kā padarīt lietas mazākas un mazākas. Atkāpjoties no šīs tendences, Stenfordas universitātes zinātnieki ir sintezējuši mākslīgu DNS virkni, kuras molekulas ir par aptuveni 15 procentiem lielākas nekā dabiskās šķirnes molekulas. Šai tā sauktajai xDNS piemīt īpašības, kurām trūkst niecīgās DNS, ko daba sagatavo. Tas, piemēram, ir stabilāks. Tas arī spīd ultravioletajā gaismā. Šīs pazīmes liecina, ka xDNS varētu būt noderīga ģenētiskās diagnostikas procedūrās un, iespējams, mākslīgās dzīvības formās. Mūsu lielākā interese ir par to, vai mēs varam izveidot savu ģenētisko sistēmu, saka ķīmijas profesors Ēriks Kols, kurš vadīja Stenfordas pētnieku grupu. Es domāju, ka mēs esam labā ceļā.
Tas, kas atšķir xDNS no parastās DNS, ir tās struktūra. Parasti DNS ir nukleotīdu virkne, no kurām katrs satur cukuru, fosfātu un bāzi: adenīnu, timīnu, guanīnu vai citozīnu (DNS aprakstos attēlots kā A, T, G un C). Kad DNS virknes savienojas viena ar otru, bāzes sakrīt noteiktā veidā: adenīns vienmēr saistās ar timīnu un guanīns ar citozīnu.
Apmēram pirms trīsdesmit gadiem Nelsons Leonards, toreizējais Ilinoisas Universitātes ķīmiķis un tagad Kalifornijas Tehnoloģiju institūtā, atrada veidu, kā izstiept adenīnu tā, lai tas fluorescētu, pakļaujoties ultravioletajai gaismai. Tas, ko Leonards nevarēja izdarīt, bija pievienot cukuru un fosfātu pie pamatnes, veidojot pilnīgu nukleotīdu; Zinātnieki tajā laikā nezināja, kā izveidot DNS, lai gan tagad mākslīgo pavedienu veidošanas process parasti tiek izmantots ģenētiskajā medicīniskajā diagnostikā.
Kools meklēja veidu, kā izveidot DNS dubulto spirāli. Vispirms viņš sintezēja divas paplašinātas bāzes: adenīnu un timīnu (xA un xT). Pēc tam viņš izgatavoja nukleotīdus no xA un xT bāzēm ar atbilstošiem cukuriem un fosfātiem. Savienojot xA ar parasto T un xT ar parasto A, Kūls spēja tos salikt dubultā spirālē, kas bija pietiekami plata, lai saturētu izstieptās pamatnes.
Nukleotīdu veidošana prasīja četrus gadus ilgu darbu. Kools sāka ar izstiepto bāzu struktūras projektēšanu, pēc tam pārgāja uz sintēzi, kas prasīja atbilstošu cukuru un fosfātu formu atrašanu. Mēs veicām ķīmisko reakciju pēc ķīmiskās reakcijas pēc ķīmiskās reakcijas, saka Kols. Rezultātu attīrīšana var ilgt dienas vai pat nedēļas. Un, tā kā šāda sintēze iepriekš nebija veikta, bija daudz strupceļu.
Kad pētnieki bija sintezējuši stabilus, liela izmēra nukleotīdus, viņi izmantoja komerciāli pieejamu aprīkojumu, lai tos savienotu DNS sekvencēs. Dabiskajai DNS ir nepieciešami aptuveni 10,5 pārī savienoti nukleotīdu soļi, lai veiktu vienu pilnu rotāciju dubultajā spirālē. Palielinātās pamatnes palielina spirāles diametru, tāpēc ir nepieciešams vairāk šādu pakāpienu. Tā kā molekulārā struktūra ir lielāka, tā nodrošina lielāku stabilitāti; Kamēr Kola laboratorijā dabiskā DNS sadalījās 21 ° C temperatūrā, xDNS palika neskarta līdz 56 ° C. Kola pētījumi liecina, ka [dabiskās] DNS dubultā spirālveida struktūrai nav jābūt vienīgajai, saka Danith Ly, Kārnegija Melona universitātes ķīmijas profesora asistents un eksperts ķīmisko rīku izstrādē genomikas un proteomikas pētīšanai.
Kola galīgie meklējumi pēc īpaši pielāgotas ģenētiskās sistēmas ir sarežģīti, un tos nav jāsteidzina, saka Li: Lai bioloģiskā funkcija pastāvētu neatkarīgi no kaut kā, tai ir nepieciešami proteīni, lipīdi, fermenti — visdažādākās lietas. Mums tas nākamajos simts gados varētu būt iespējams, taču tas būtu grūti. Un pirms tam Kūlam ir jāizveido paplašinātas G un C bāzu versijas, kuras, visticamāk, pēc grūtībām būs salīdzināmas ar viņa darbu pie xA un xT.
Ja neskaita dizaineru gēnu zinātniskās fantastikas scenārijus, Kols uzskata, ka xDNA ir praktiska nozīme diagnostikā, jo īpaši, uzlabojot esošās medicīniskās procedūras, kas nosaka veselības stāvokli, pamatojoties uz cilvēka DNS struktūru. Ārsti, kas meklē konkrētu DNS vai RNS cilvēkā, ņem audu paraugu un ievada mākslīgo DNS virkni, kas saistās ar šo materiālu. Metodes, kas nomazgā visu, izņemot saistītos pārus, kas satur mākslīgo DNS, ļauj laboratorijām viegli meklēt, kas ir palicis. Ja tas nesaistās pareizi, jūs zināt, ka tā ir vai nu mutācija, vai arī nav [meklētās] DNS, saka Pols Bilings, diagnostikas testēšanas uzņēmuma Laboratory Corporation of America viceprezidents un nacionālais direktors ģenētikas un genomikas jomā. Bērlingtona, NC.
Tā kā xDNA saistās spēcīgāk nekā parastā DNS, tā šajā testēšanas procesā būtu izturīgāka. Turklāt tā dabiskā fluorescence varētu darboties kā bāka, padarot noteikšanu vieglāku. Pat pēc tam, kad tehnika bija vairāk nekā laboratorijas zinātkāre, tās diagnostikas lietderība būtu jāpierāda uz lauka. Pirmkārt, jums ir jāpierāda, ka tas nokļūst šūnās un uzvedas citādi kā citas DNS, saka Billings. Otrkārt, jums ir jāpierāda, ka tas ir labāks par citām metodēm. Ir vispāratzītas metodes, kas darbojas tagad, un vēl nav pierādījumu, ka xDNS saistīšanās un fluorescējošās īpašības būtu skaidrs uzlabojums.
Turklāt, iespējams, būs jāpielāgo xDNA fluorescējošās īpašības, saka Ly. Saskaņā ar Kola komandas darbu molekula iedegās, kad to apgaismoja ultravioletā gaisma ar viļņa garumu aptuveni 390 nanometri. Audi šajos viļņu garumos ļoti labi neuzsūcas, atzīmē Ly, liekot domāt, ka diagnostikas vajadzībām bāze būtu jāpielāgo, lai tā reaģētu uz gaismu, kas bija tuvāk spektra sarkanajam galam. Bet, pēc Kola teiktā, tas ne vienmēr radītu būtisku problēmu pietiekami plānu audu šķēlumu pārbaudēs. Faktiski xDNS nukleotīdi var pat mainīt savu fluorescējošu krāsu vai intensitāti, kad tie saistās ar dabisko DNS vai RNS - parādība, kas pievienotu vairāk iespējamo rīku diagnostikas komplektam. Sauciet to par lielu gaismu medicīnas darbiniekiem.