«Άγιο δισκοπότηρο» για τη συνθετική βιολογία; Ημισυνθετικός οργανισμός μπορεί να παράγει πολύτιμες πρωτεΐνες

Οι επιστήμονες έχουν καταφέρει να επεκτείνουν τα δομικά στοιχεία του DNA, δημιουργώντας ημισυνθετικούς οργανισμούς που μπορούν να παράγουν βιολογικα στοιχεία που ποτέ δεν έχουν εμφανιστεί στη φύση. Το DNA που αποτελεί τη βάση όλων των ζώντων οργανισμών στη Γη, αποτελείται από συνδυασμούς 4 νουκλεοτιδικών βάσεων (αδενίνη (Α), κυτοσίνη (C), γουανίνη (G) και θυμίνη T), αλλά η νέα σταθερή μορφή ζωής, αποτελείται από έξι νουκλεοτιδικές βάσεις, που μπορούν να παράγουν νέες πολύτιμες πρωτεΐνες.
Ο ημισυνθετικός οργανισμός (SSO) που κατασκευάστηκε από μια ομάδα στο Ινστιτούτο Ερευνών Scripps της Καλιφόρνιας αποτελείται από τις ίδιες τέσσερις κανονικές νουκλεοβάσεις (αδενίνη (Α), κυτοσίνη (C), γουανίνη (G) και θυμίνη T), καθώς επίσης και από ακόμη δυο νουκλεοτίδια (Χ και Υ). O ημισυνθετικός οργανισμός, μπορεί να αποθηκεύει και να ανακτά αυξημένες γενετικές πληροφορίες. Δημιουργήθηκε για να διατηρεί, να αναπαράγει, να μεταγράφει και να μεταφράζει ένα συνθετικό ζεύγος βάσεων DNA ώστε να ενσωματώσει διάφορα μη φυσικά αμινοξέα (nnAAs) σε λειτουργικές πρωτεΐνες.
Το 2014, μέλη της ίδιας ερευνητικής ομάδας σχεδίασαν ένα είδος συνθετικού ζεύγους βάσεων DNA και έδειξαν ότι θα μπορούσαν να ενσωματωθούν σε τροποποιημένη μορφή βακτηρίων Ε. Coli. Με αυτόν τον τρόπο, δημιούργησαν τον πρώτο ζωντανό οργανισμό με επιπλέον «γράμματα» στο DNA του, δίνοντάς του ένα εκτεταμένο γενετικό κώδικα που θα μπορούσε να επιτρέψει υποθετικά νέα είδη βιολογικών διεργασιών.
Υπήρχε όμως σοβαρό πρόβλημα με τη σταθερότητα του νέου οργανισμού στο να συγκρατεί τα νουκλεοτίδια Χ και Υ, κάτι που επιλύθηκε με τη βοήθεια του CRISPR-Cas9. Ως αποτέλεσμα, το περασμένο Ιανουάριο ανακοινώθηκε η δημιουργία του πρώτου σταθερού ημισυνθετικού οργανισμού, ενός βακτηρίου E.coli, το οποίο περιέχει στο γενετικό κώδικά του όχι μόνο τις τέσσερις φυσικές βάσεις (A, T, C, G) κάθε έμβιου οργανισμού στη Γη, αλλά και δύο επιπλέον δύο συνθετικές βάσεις (Χ, Υ), που μπορούσε να διατηρεί μόνιμα ως συνθετικό τμήμα του γενετικού υλικού του, καθώς διαιρείται και πολλαπλασιάζεται.

Σύμφωνα με μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε σήμερα 29/11/17, οι ερευνητές ανακοίνωσαν περαιτέρω βελτιώσεις σε αυτό το είδος μοριακής σταθερότητας, με ένα ημισυνθετικό βακτήριο που μπορεί να μεταγράψει και να μεταφράσει τα μη φυσικά νουκλεοτίδια Χ και Υ με την ίδια αποτελεσματικότητα όπως τα φυσικά Α, C, G και Τ. Μέσω μιας νέας διαδικασίας μετάφρασης, ο ημισυνθετικός οργανισμός μπορεί να συνθέσει πρωτεΐνες που περιέχουν συνθετικά αμινοξέα (ncAAs) και η διαδικασία θα μπορούσε να ρίξει φως σε νέους τρόπους αντιγραφής μορίων με λιγότερη εξάρτηση από δεσμούς υδρογόνου.
Με την προσθήκη των τεχνητών νουκλεοτιδίων Χ και Υ, ένας οργανισμός θα μπορούσε να κωδικοποιήσει έως και 152 νέα αμινοξέα, σε σύγκριση με τα 20 που παράγονται στη φύση.
Το επίτευγμα των επιστημόνων, είναι ένα βήμα προς τη κατεύθυνση οργανισμών ικανών να παράγουν εξαιρετικά εξειδικευμένες πρωτεΐνες, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πιο εξελιγμένα φάρμακα, ακόμη και για την αλλαγή των λειτουργιών των κυττάρων.
Θάνος Σ. Επαχτίτης