Weird Engineered Organism Verfügt Über 6-Buchstaben-Dna

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Wissenschaftler haben ein bakterium entwickelt, dessen genetisches material ein zusätzliches paar dna-buchstaben oder basen enthält, die nicht in der natur vorkommen.

Der erste Bericht über ein Bakterium, dessen Genom künstliche DNA-Bausteine ​​enthält, öffnet die Tür für maßgeschneiderte Organismen, die zur Herstellung neuer Medikamente und anderer Produkte verwendet werden könnten.

Alle Lebewesen haben ein DNA-Alphabet mit nur vier Buchstaben, das Anweisungen für die Proteine ​​codiert, die die meisten Schlüsselaufgaben in Zellen erledigen. Die Erweiterung dieses Alphabets um künstliche Buchstaben könnte Organismen die Fähigkeit geben, neue Proteine ​​herzustellen, die in der Natur noch nie zuvor gesehen wurden.

Die künstliche DNA könne für die Herstellung neuer Medikamente und Impfstoffe bis hin zur Forensik verwendet werden, so die Forscher.

"Wir haben erfolgreich vermehrt Informationen in der DNA einer lebenden Zelle gespeichert", sagte Studienleiter Floyd Romesberg, ein chemischer Biologe am Scripps Research Institute im kalifornischen La Jolla, gegenüber WordsSideKick.com. Es bleiben jedoch noch viele Schritte, bis Römesberg und seine Kollegen Zellen dazu bringen können, künstliche Proteine ​​herzustellen. [Biomimikry: 7 clevere Technologien von der Natur inspiriert]

DNA-Alphabet

Auf dem Gebiet der synthetischen Biologie wird mit DNA gebastelt, um Organismen zu schaffen, die neue Funktionen in der Medizin, Energie und anderen Bereichen haben.

Das DNA-Alphabet besteht aus vier Buchstaben oder Basen: Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin (A, T, G und C). Adeninpaare mit Thymin und Guaninpaare mit Cytosin. RNA ist ein genetisches Material, das der DNA ähnelt, außer dass es ein anderes chemisches Rückgrat hat und das Basethymin durch Uracil (U) ersetzt.

Lebewesen setzen DNA in einer Reihe von Schritten in Proteine ​​um. Erstens "transkribieren" Enzyme die DNA in RNA. Anschließend übersetzen Strukturen, die als Ribosomen bezeichnet werden, die RNA in Proteine, die aus Molekülsträngen bestehen, die als Aminosäuren bezeichnet werden.

Letztendlich streben die Forscher danach, Organismen zu schaffen, die künstliche Proteine ​​herstellen können. Zunächst müssen sie jedoch zeigen, dass die DNA, die die künstlichen Buchstaben enthält, in RNA transkribiert werden kann und dass diese RNA in Proteine ​​übersetzt werden kann.

In der Studie erstellten Romesberg und sein Team ein neues Paar DNA-Buchstaben, die nicht in der Natur zu finden sind, und fügten das Paar in Zellen von ein Escherichia coli Bakterien. Die DNA in die Zellen zu bekommen, ist nicht einfach, aber die Forscher konnten dies über einen Transporter tun, ein Protein, das Materialien über Zellmembranen transportiert.

Die Forscher erweiterten das genetische Alphabet von vier Buchstaben oder Basen auf sechs, wodurch die Anzahl der Proteine, die hergestellt werden können, erheblich erhöht wurde.

Die Forscher erweiterten das genetische Alphabet von vier Buchstaben oder Basen auf sechs, wodurch die Anzahl der Proteine, die hergestellt werden können, erheblich erhöht wurde.

Bildnachweis: Synthorx

In den Zellen wurde die künstliche DNA zu einem Plasmid, einem zirkulären Stück DNA, das in Bakterien gefunden wurde, zusammengefügt. Die Plasmide replizierten, ohne die fremde DNA abzulehnen oder das Wachstum der Zellen zu beeinträchtigen, berichteten die Forscher.

Nachdem die Wissenschaftler gezeigt haben, dass ein Organismus künstliche DNA-Buchstaben in sein Genom einbauen kann, wird im nächsten Schritt gezeigt, dass er die DNA in neue Proteine ​​umwandeln kann, mit denen bessere Medikamente hergestellt werden können.

Drogen nach Maß

Proteine ​​sind zu einer wichtigen neuen Art von Medikamenten geworden, weil Zellen die Arbeit für ihre Herstellung übernehmen können und weil molekularbiologische Techniken eingesetzt werden können, um Proteine ​​bei der Entwicklung der gewünschten Eigenschaften zu unterstützen, so Romesberg. Proteine ​​sind jedoch auf nur 20 Bausteine ​​begrenzt, die als Aminosäuren bezeichnet werden.

"Vergleichen Sie dies mit einem Medizinalchemiker, der eine viel größere Vielfalt von Strukturen in den niedermolekularen Medikamenten erforscht, die sie synthetisieren", sagte Romesberg. "Wir hoffen, das Beste aus niedermolekularen und proteinhaltigen Medikamenten kombinieren zu können."

Die Forschung ebnet den Weg für "Designer" -Organismen mit maßgeschneiderten Genomen, die nützliche Aufgaben ausführen können, beispielsweise die Herstellung von Medikamenten. Forscher haben bereits die ersten "synthetischen Organismen" - künstliche Bakterien und Hefe - geschaffen, die in ihrem Genom künstliche DNA-Sequenzen aufweisen.

Die Forscher arbeiten jetzt an der Erweiterung des DNA-Alphabets von Hefezellen und hoffen, dies letztendlich auch für Säugetierzellen zu tun, die Eigenschaften haben, die sie bei der Herstellung von Proteinarzneimitteln besser machen. Eine Erweiterung des genetischen Alphabets eines ganzen vielzelligen Organismus wie eines Menschen wäre mit der derzeitigen Technik jedoch nicht möglich, da die künstlichen Buchstaben direkt in jede Zelle eingefügt werden müssen, so Romesberg.

Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel wurde um 9:15 Uhr ET am 8. Mai aktualisiert, um einen Tippfehler zu korrigieren. RNA wird in Proteine ​​übersetzt, nicht in DNA.

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