Umělé nositelky dědičné informace podléhají vlastní evoluci

21.04. 09:00 | Autor:

Vědci v laboratoři vytvářejí umělé nositelky dědičné informace (ilustrační foto).

Mezinárodní vědecký tým vytvořil šest druhů umělých nukleových kyselin, které stejně jako DNA mohou nést genetickou informaci, kopírovat ji a pod evolučním tlakem se vyvíjet. Výzkum je důležitý jak pro vývoj nových metod léčby, tak pro objasnění vzniku života na Zemi.

Dědičná informace všech živých organismů je uložena v makromolekule DNA (deoxyribonukleové kyselině). Je v ní zapsána do sledu čtyř bází - jednoduchých molekul označovaných písmeny A, G, C a T. Báze jsou navázány na základní kostru tvořenou molekulami cukru propojenými fosfátovými spojkami.

V DNA je oním cukrem deoxyribóza, v příbuzné RNA ribóza. DNA tvoří dva řetězce stočené do šroubovice, celá molekula proto připomíná točité schodiště, jehož stupně tvoří dvojice bází. Platí přitom striktní pravidlo, že A se vždy páruje s T a C s G. Při kopírování DNA se od sebe oba řetězce oddělí a na uvolněné báze se napojí jejich komplementární partneři. Výsledkem jsou dvě identické dvoušroubovice.

Princip kopírování DNA.

Tým vědců z Cambridge, Katolické univerzity v Lovani, Arizonské státní univerzity a Univerzity jižního Dánska nyní v časopise Science představil šest uměle vytvořených nukleových kyselin, jejichž kostru tvoří jednodušší cukry.

Umělé nukleové kyseliny, souhrnně označované zkratkou XNA, dovedou uchovávat dědičnou informaci stejně jako DNA a jsou schopny se s jejími řetězci párovat. Vědci úpravou přirozených enzymů vytvořili enzymy schopné kopírovat dědičnou informaci z DNA do XNA a zpět.

Struktura DNA a šesti umělých nukleových kyselin. Jednu z umělých molekul v laboratoři vystavili podmínkám simulujícím přírodní výběr. Snažili se ji naučit vázat se na zvolený cíl - molekulu bílkoviny nebo krátký řetězec RNA. Použili nově vytvořené enzymy a s jejich pomocí XNA několikrát za sebou zkopírovali. Při kopírování se (stejně jako v DNA) postupně hromadí mutace, čímž se vlastnosti molekuly mění. V každém kroku vědci vybrali ty řetězce XNA, které se na zvolený cíl vázaly o něco lépe než jejich "předci". Po řadě opakování skutečně získali XNA, která se efektivně váže na jiné molekuly.

Cesta k cílené léčbě

Takto vytvořené umělé nukleové kyseliny by mohly najít využití například jako biosenzory, které svou vazbou na konkrétní molekulu upozorní na její přítomnost ve zkoumaném vzorku. A hodit by se mohly i v medicíně. Mohly by se například vázat na různé bílkoviny a tím je vyřadit z provozu - například na virové enzymy řídící množení viru nebo na enzymy nezbytné pro množení nádorových buněk.

Při vývoji podobných terapií se dnes využívají molekuly DNA a RNA. Ty však v organismu čelí útokům enzymů, které je rozkládají. XNA těmto útokům odolávají, mohly by proto zajistit vyšší terapeutický účinek.

Jejich praktické využití je však zatím daleko. Nejprve by bylo nutno prokázat, že umělé nositelky dědičné informace nepředstavují pro organismus žádné nebezpečí.

Syntéza XNA s jednoduchými cukry je zajímavá i pro vědce zkoumající vznik života na Zemi. Je totiž zřejmé, že před DNA musela existovat nějaká jednodušší molekula schopná nést dědičnou informaci. Jedním z kandidátů je RNA, jejíž některé formy se dovedou kopírovat i bez pomoci bílkovinných enzymů. Nabízejí tak odpověď na otázku, co bylo dřív. Zda nukleové kyseliny nesoucí informaci o stavbě bílkovin, nebo bílkoviny, které v dnešních organismech řídí kopírování nukleových kyselin. Klasický problém slepice a vejce má tedy v tomto případě elegantní řešení v podobě sloučení "slepice" i "vejce" do jedné entity.

I RNA je však velmi složitá molekula, jejíž samovolný vznik se jeví jako značně nepravděpodobný. Vědci proto hledají jednodušší varianty informačních molekul, které mohly RNA a DNA předcházet. Výzkum využívající tvorbu XNA je součástí tohoto úsilí.

Foto: Profimedia , DOE/Human Genome Project, Science