Ugrás a tartalomhoz

Xenonukleinsav

Ellenőrzött
A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
A glikolnukleinsav (baloldalt) xenonukleinsav, mivel a DNS-től (jobboldalt) és az itt nem látható RNS-től eltérő váza van.

A xenonukleinsavak (XNS) szintetikus nukleinsav-analógok a természetes nukleinsavaktól (DNS és RNS) eltérő vázzal.[1] 2011-ben legalább 6 szintetikus anyagról volt ismert, hogy képes nukleinsavvázakat alkotni, melyek képesek genetikai információt tárolni és visszaadni. Jelenleg az XNS-átalakító polimerázok előállítását kutatják. Az előállításukkal és alkalmazásukkal foglalkozó tudomány a xenobiológia.

Bár a genetikai információt még mindig a 4 hagyományos bázispár tárolja (más nukleinsav-analógokkal szemben), a természetes DNS-polimerázok nem képesek olvasni és sokszorozni ezen információt. Tehát az XNS-ben tárolt információ „láthatatlan”, így használhatatlan a DNS-alapú szervezetek számára.[2]

Háttér

[szerkesztés]

A DNS szerkezetét 1953-ban fedezték fel. A 2000-es évek eleje körül a kutatók létrehoztak számos egzotikus DNS-szerű szerkezetet, XNS-t hoztak létre. Az XNS a DNS-sel azonos információ tárolására képes szintetikus polimer, attól eltérő alkotókkal. Az XNS „X”-e a „xeno-” rövidítése, melynek jelentése „idegen”, a DNS-től és RNS-től való molekulaszerkezetbeli eltérések miatt.[3]

Nem sokkal később létrehoztak egy speciális polimerázenzimet, mely DNS-templátból XNS-be, illetve XNS-ből DNS-be is képes volt másolni.[3] Pinheiro et al. (2012) például bemutatott egy ilyen XNS-kezelésre képes polimerázt, mely közel 100 bp hosszú szekvenciákkal dolgozik.[4] Később Philipp Holliger és Alexander Taylor létrehozott XNS-zimeket, az RNS-ből készülő ribozimek XNS-analógjait. Ez bizonyította, hogy az XNS-ek nemcsak genetikai információk tárolására alkalmasak, hanem enzimfunkcióra is, növelve a lehetőségét, hogy az élet máshol elkezdődhetett az RNS-től és DNS-től eltérő anyaggal.[5]

Szerkezet

[szerkesztés]
Az XNS-ek vázának eltérései a DNS-hez és RNS-hez képest

A DNS- és RNS-szálak hosszú nukleotidsorozatokból épül fel. Egy nukleotid három kémiai részből áll: egy foszfátcsoportból, egy 5 szénatomos cukorból (ami lehet dezoxiribóz – a DNS D-je – vagy ribóz – az RNS R-je) és az öt hagyományos nukleobázis (adenin, guanin, citozin, timin vagy uracil) egyikéből.

Az összeálló molekulák, melyek a hat xenonukleinsavat alkotják, majdnem azonosak a DNS és RNS nukleotidjaival, az egyetlen különbség, hogy az XNS-nukleotidokban a dezoxiribóz- és ribózrészletek helyett más szerkezetek találhatók. Ezek az XNS-eket a DNS-hez és RNS-hez analóggá teszik, bár előbbiek mesterségesek.

Az XNS különböző szerkezeti eltéréseket mutat a természetes változatokkal szemben. Az eddig létrehozott XNS-ek közé tartoznak:[2]

A HNS bizonyos szekvenciákat felismerő és hozzájuk kötődő gyógyszerként használható lehet. Sikerült izolálni HNS-eket, melyek feltehetően a HIV-et célzó szekvenciákhoz kötődhetnek.[6] A ciklohexén-nukleinsavról kimutatták, hogy a D-formához hasonló sztereokémiájú CéNS-ek stabil duplexeket alkothatnak egymással és RNS-sel is. A CéNS-ek nem ily stabilak DNS-sel alkotott duplexek esetén.[7]

Következtetések

[szerkesztés]

Az XNS-ek tanulmányozásának célja nem a biológiai evolúció jobb megértése, hanem a szervezetek genetikai felépítésének irányítása és módosítása. Az XNS jelentős lehetőségnek bizonyult a genetikailag módosított szervezetek genetikai szennyezésének megoldására.[8] Bár a DNS nagyon hatékonyan tud tárolni genetikai információt és komplex biológiai diverzitást létrehozni, négybetűs genetikai kódja meglehetősen korlátozott. A négy természetben előforduló DNS-nukleobázis helyett hat XNS használatával kialakított genetikai kód szinte korlátlan lehetőségeket mutathat a génmódosításra és a kémiai funkcionalitás bővítésére.[9]

Az XNS-ekről szóló különböző hipotézisek és elméletek egy fontos tényezőt változtattak meg a nukleinsavak terén: az öröklődés és az evolúció nem korlátozódik a DNS-re és RNS-re, ahogy korábban gondolták, de egyszerűen információtárolásra képes polimereknél végbemenő folyamatok.[4] Az XNS-ek vizsgálata lehetővé teszi annak megválaszolását, hogy a DNS és az RNS az élet leghatékonyabb és legmegfelelőbb építőkövei, vagy kémiai ősök nagyobb csoportjából lettek véletlenszerűen kiválasztva.[10]

Alkalmazások

[szerkesztés]

Az XNS-használat egy kérdése a gyógyászatban való hasznosítása betegségek gyógyítására. Néhány jelenleg különböző betegségek ellen adott enzim és antitest túl gyorsan bomlik le a gyomorban vagy a véráramban. Mivel az XNS idegen, és feltehetően az emberben azok lebontására nem fejlődtek ki enzimek, az XNS-ek a ma használt DNS- és RNS-alapú gyógyszereknél sokkal ellenállóbb lehetnek.[11]

Az XNS-sel végeztt kísérletek lehetővé tették e genetikai ábécé cseréjét és bővítését, és az XNS-ek is komplementaritást mutattak DNS- és RNS-nukleotidokkal, mely lehetővé teszi a transzkripciót és rekombinációt. Egy, a Floridai Egyetemen végzett kísérlet során XNS-aptamert állítottak elő AEGIS-SELEX (artificially expanded genetic information system – systematic evolution of ligands by exponential enrichment, magyarul: mesterségesen bővített genetikai információs rendszer – ligandumok szisztematikus fejlődése exponenciális dúsítással) módszerrel, majd az sikeresen kötődött mellráksejtekhez.[12] Ezenkívül az E. coli modellbaktériumon végzett kísérletek kimutatták, hogy az XNS képes in vivo templátként működni DNS-hez.[13]

Az XNS-kutatás előrehaladtával további kérdéseket kell megfontolni, például a biológiai biztonság, etika és a szabályzások terén.[2] Fontos kérdés itt, hogy az XNS in vivo keveredhet-e a DNS-sel és RNS-sel természetes környezetében, ezzel ellehetetlenítve a mutációk következményeinek irányítását vagy előrejelzését.[11]

Az XNS-ek alkalmazhatók lehetnek katalizátorként, hasonlóan ahhoz, hogy az RNS is alkalmazható enzimként. A kutatók kimutatták, hogy az XNS-ek képesek a DNS-re, RNS-re és más XNS-szekvenciákra való tapadásra és ligációra, a legnagyobb aktivitást az XNS-molekulákkal történő XNS-katalizált reakciók mutatták. E kutatás meghatározhatja, hogy a DNS és RNS szerepe az életben természetes szelekció révén vagy csak véletlenül történt.[14]

Az XNS-ek használhatók a kvantitatív valós idejű polimeráz-láncreakciókban molekuláris kapocsként a cél DNS-szakaszokkal való hibridizációval.[15] Egy PLOS One-ban közölt tanulmány szerint egy XNS-mediált molekuláris kapcsolási assay mutáns sejten kívüli DNS-t (cfDNS) észlelt precarcinomás colorectalis léziókban és vastagbél- és végbélrákban.[15] Az XNS egy nukleinsav-célszekvencia specifikus molekuláris próbájaként is működhet.[16]

Jegyzetek

[szerkesztés]
  1. ↑ Schmidt, Markus. Synthetic Biology. John Wiley & Sons, 151–. o. (2012). ISBN 978-3-527-65926-5 
  2. ↑ a b c (2010. április 1.) „Xenobiology: a new form of life as the ultimate biosafety tool”. BioEssays 32 (4), 322–331. o. DOI:10.1002/bies.200900147. PMID 20217844. PMC 2909387. 
  3. ↑ a b Gonzales, Robbie: XNA Is Synthetic DNA That's Stronger than the Real Thing. Io9 , 2012. április 19. [2015. november 19-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2015. október 15.)
  4. ↑ a b (2012. április 1.) „Synthetic genetic polymers capable of heredity and evolution”. Science 336 (6079), 341–344. o. DOI:10.1126/science.1217622. PMID 22517858. PMC 3362463. 
  5. ↑ World's first artificial enzymes created using synthetic biology. Medical Research Council , 2014. december 1. [2015. november 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2023. július 17.)
  6. ↑ Extance, Andy: Polymers perform non-DNA evolution. Royal Society of Chemistry , 2012. április 19. (Hozzáférés: 2015. október 15.)
  7. ↑ (2003) „Base pairing properties of D- and L-cyclohexene nucleic acids (CeNA)”. Oligonucleotides 13 (6), 479–489. o. DOI:10.1089/154545703322860799. PMID 15025914. 
  8. ↑ (2009. június 1.) „Toward safe genetically modified organisms through the chemical diversification of nucleic acids”. Chemistry & Biodiversity 6 (6), 791–808. o. DOI:10.1002/cbdv.200900083. PMID 19554563. 
  9. ↑ (2012. augusztus 1.) „The XNA world: progress towards replication and evolution of synthetic genetic polymers”. Current Opinion in Chemical Biology 16 (3–4), 245–252. o. DOI:10.1016/j.cbpa.2012.05.198. PMID 22704981. 
  10. ↑ (2013. május 1.) „XNA marks the spot. What can we learn about the origins of life and the treatment of disease through artificial nucleic acids?”. EMBO Reports 14 (5), 410–413. o. DOI:10.1038/embor.2013.42. PMID 23579343. PMC 3642382. 
  11. ↑ a b XNA: Synthetic DNA That Can Evolve. Popular Mechanics , 2012. április 19. (Hozzáférés: 2015. november 17.)
  12. ↑ (2014. január 1.) „In vitro selection with artificial expanded genetic information systems”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 111 (4), 1449–1454. o. DOI:10.1073/pnas.1311778111. PMID 24379378. PMC 3910645. 
  13. ↑ (2013. július 1.) „Binary genetic cassettes for selecting XNA-templated DNA synthesis in vivo”. Angewandte Chemie 52 (31), 8139–8143. o. DOI:10.1002/anie.201303288. PMID 23804524. 
  14. ↑ (2015. február 1.) „Catalysts from synthetic genetic polymers”. Nature 518 (7539), 427–430. o. DOI:10.1038/nature13982. PMID 25470036. PMC 4336857. 
  15. ↑ a b (2021. október 5.) „A novel xenonucleic acid-mediated molecular clamping technology for early colorectal cancer screening”. PLOS ONE 16 (10), e0244332. o. DOI:10.1371/journal.pone.0244332. PMID 34610014. PMC 8491914. 
  16. ↑ (2017. november 1.) „Peptide Nucleic Acid-Based Biosensors for Cancer Diagnosis”. Molecules 22 (11), 1951. o. DOI:10.3390/molecules22111951. PMID 29137122. PMC 6150339. 
A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Xenonukleinsav&oldid=27363988”