2023 Szerző: Sophia Otis | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-05-21 01:49
A Stanford Egyetem kutatói a normálisnál nagyobb DNS-molekulát hoztak létre, amely majdnem olyan hatékonyan másolódik, mint a természetes DNS. A Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) október 25-i online kiadásában közölt eredmények új betekintést engedhetnek a genetikai mutációk – a DNS-replikáció során előforduló apró hibák – kialakulásába. A felfedezést Eric Koolnak, a Stanfordi kémiaprofesszornak és a PNAS-tanulmány társszerzőjének laboratóriumában tették.
A DNS, az élet genetikai kódolója, két párhuzamos szálból áll, amelyek kettős hélixet alkotnak. Olyan, mint egy hosszú, csavart létra, ahol minden lépcsőfok két molekulából áll, amelyek egy bázispárt alkotnak. A DNS-nek négy bázisa van: adenozin (A), timin (T), guanin (G) és citozin (C). Az A mindig T-vel, G pedig C-vel párosul. Ahhoz, hogy önmagát másolja, a DNS-molekula feltekercselődik és felhasad. Mindkét szál most egy új DNS-molekula felépítésének sablonja. Egy enzim – egy fehérje, amely felgyorsítja a reakciót, ebben az esetben az E. coli baktérium DNS-polimeráz I – mozog a templát mentén, és kiválasztja a megfelelő bázist egy új bázispár létrehozásához.
A DNS-bázisok az enzim egy speciális helyére illeszkednek, mielőtt a templáthoz kötődnek. Kool látni akarta, hogyan reagál az enzim, ha a bázisok nem a szokásos méretűek. „Az ötlet az volt, hogy megnézzük, hogyan függ a DNS-replikáció a mérettől” – mondja Kool.
A kutatók úgy vizsgálták, hogy különböző méretű bázisokat ajánlottak fel a DNS-polimeráz I enzimhez, és megmérték, hogy az enzim milyen pontosan készít új DNS-másolatot. Körülbelül minden 10 000-100 000 alkalommal az enzim rossz bázist tesz be, például egy G-t választ a T helyett az A-val való párosításhoz. Az enzim pontos DNS-másolásának sebességét hatékonyságának nevezik.
Ezek a ritka és véletlenszerű hibák genetikai mutációkat okozhatnak. Bár hajlamosak vagyunk negatív konnotációkat halmozni a kifejezésre, egyes mutációk olyan új tulajdonságokat hoznak létre, amelyek ténylegesen előnyösek a szervezet számára, vagy nem járnak semmilyen hatással. Ezek a kis léptékű változások, amelyeket összefoglaló néven genetikai sodródásnak neveznek, fontos szerepet játszanak az evolúcióban, akárcsak a természetes szelekció.
DNS-alapjait Kool egy analógnak nevezett, a timinhez hasonló molekulával kezdte, és öt különböző méretet készített egyre nagyobb atomok hozzáadásával. Az első analóg kisebb volt, mint a természetes timin, a második körülbelül azonos méretű, az utolsó három pedig egyre nagyobb volt. A legkisebb és a legnagyobb analóg közötti különbség mindössze egy angström, vagyis nanométer tizede volt.
A nagyobb, annál jobb
Amikor a kutatók felajánlották az analóg bázisokat a DNS-polimeráz I-nek, az enzim nemcsak a szintetikus molekulákat ismerte fel, mint a természetes DNS-t, hanem a valamivel nagyobb analógok egyikét is 22-szer hatékonyabban másolta, mint a természetes. méretű analóg. Valójában a DNS-polimeráz I majdnem olyan hatékonyan építette be a valamivel nagyobb analógot, mint a természetes timint, mind a kémcsőben, mind az élő E. coli baktériumokban. Ezzel szemben a készlet legkisebb és legnagyobb analógjait az enzim és a baktériumok elutasították.
Kool szerint ezek az eredmények azt mutatják, hogy a méret az enzim hatékonyságát meghatározó erős tényező – és egy olyan mechanizmus, amely lehetővé teszi a DNS-molekula mutációit.
''Ez egy módja annak, hogy a szervezet fejlődjön" - mondja Kool. "Ha a DNS-t másoló fehérje a természetes DNS-nél valamivel nagyobb molekulát részesít előnyben, akkor könnyebben képes elfogadni a hibákat." Például, bár a T állítólag megegyezik A-val, hajlamos lehet a G-vel való párosításra. amely valamivel nagyobb konfigurációval rendelkezik.
Az a puszta tény, hogy egy élő rendszer könnyen használt egy mesterségesen létrehozott bázist vagy nukleotidot, önmagában is úttörő. „Azt hiszem, itt van az első példa egy hatékony, ember által tervezett nukleotidra, amely élő sejtben működik” – mondja.
Kool és a banda most azt a vicces felfedezést kutatja, hogy a poloskák a természetes DNS-nél nagyobb DNS-t részesítik előnyben azáltal, hogy nagyobb nukleotidokat készítenek. "A méret és az alak összefüggő kérdések, ezért most az érdekelt minket, hogy a méret állandó maradjon, és változtassuk az alakot" - teszi hozzá Kool.
A PNAS-tanulmányt a stanfordi posztdoktori, Tae Woo Kim (vezető szerző), valamint James C. Delaney és John M. Essigmann közösen írták a Massachusettsi Műszaki Egyetemen. A munkát az Országos Egészségügyi Intézet támogatta.
SZERKESZTŐK MEGJEGYZÉSE:A „DNS polimeráz aktív helyének tömítettségének vizsgálata Subangstrom-növekményben” című tanulmány elérhető online a PNAS webhelyén, a https://www.pnas.org címen.
