Search

Da li smo stvorili veštačku DNK?

Medically approved

Kada pomislimo na dug život, obično pomislimo na gene koje smo nasledili od naših roditelja. Iako često koristimo reč gen, malo od nas zapravo zna šta gen stvarno jeste. Nosioc genetskih informacija jeste DNK odnosno dezoksiribonukleinska kiselina. Radi se o lancu DNK koji čine samo četiri nukleotida – adenin, citozin, guanin i timin. Lanac DNK se sastoji od oko 3,2 milijardi baza koji je isprepletan kao dvostruki heliks, tako da je ukupan broj nukleotida veći od 6 milijardi. I to sve u samo mikroskopski vidljivom jedru ćelije.

DNK se, zapravo, nalazi u fizički odvojenim delovima koji se nazivaju hromozomi. Mi smo diploidni organizmi, odnosno imamo dva skupa genetskih informacija, jedan set nasleđen od majke i jedan od oca. Svaka ćelija (osim polnih ćelija) ima 22 para hromozoma koji se nazivaju somatski (po jedan član svakog para od svakog roditelja) – što iznosi 44 hromozoma, i jedan par polnih hromozoma (X i Y hromozom kod muškaraca i dva X hromozoma kod žena), što dodaje dva polna hromozoma, tako da je ukupan broj hromozoma 46. Polni hromozomi sadrže samo 23 hromozoma, jer spajanjem dve polne ćelije, dobijamo oplođenu jajnu ćeliju koja će opet imati 46 hromozoma, odnosno 23 parova hromozoma. Svaki hromozom, inače, sadrži jedan veoma dug, linearni DNK molekul. U najmanjim ljudskim hromozomima ovaj molekul DNK se sastoji od oko 50 miliona parova nukleotida; najveći hromozomi sadrže oko 250 miliona parova nukleotida [1].

Šta je, zapravo gen? Definicija kaže da je gen jedan genomski region čiju transkripciju (prepisivanje gena) reguliše jedan ili više promotera i distalnih regulatornih elemenata i koji sadrži informacije za sintezu funkcionalnih proteina ili nekodirajućih RNK, povezanih deljenjem dela genetičke informacije na nivou krajnjih proizvoda (proteina ili RNK). Šta to suštinski znači? Kada se gen aktivira (uz pomoć promotera i regulatornih elemenata) informacija koju od sadrži se prepisuje (transkripcija) i onda se stvara, najčešće, protein, koji onda ima neku ulogu u organizmu. Na taj način se stvara sve u organizmu. Recimo, insulin, za koga smo svi čuli, i koji služi da reguliše nivo glukoze u krvi se stvara na ovaj način. Isto tako hiljade i hiljade drugih proteina koji su neophodni kako bismo funkcionisali. A sve ove informacije se zapravo kodiraju sa samo one četiri gore pomenute baze odnosno nukleotida – adenin, citozin, guanin i timin [2].   

Naučnici su se dugo pitali šta bi moglo da se desi, kada bi u genom osim ova četiri nukleotida ubacili još neki. I što je posebno značajno da li bi enzimi koji vrše transkripciju gena koji sadrže samo četiri nukleotida, to isto mogli da urade kada bi veštački bili ubačeni novi nukleotidi. Ako bi to bilo moguće, to bi značilo da bi ćelija mogla proizvoditi još nebrojeno mnogo različitih proteina, a koji bi mogli da imaju različite funkcije u organizmu.

Sada imamo odgovor. Naučnici su utvrdili da enzim polimeraza koji je najznačajniji enzim odgovoran za sintezu proteina u ćeliji, može da izvrši transkripciju veštačkih nukleotida potpuno jednako kao i ona četiri koja prirodno postoje. To praktično znači da bi, teoretski, bilo moguće kreirati nove lekove na način da se prilagode postojeći ili proizvedu novi proteini koji bi imali terapijski efekat.

U ovoj studiji je korišćena nova verzija standardnog genetskog alfabeta, koja je nazvana Veštački prošireni genetski informacioni sistem (AEGIS), koji uključuje dva nova para baza (pored postojećih četiri). AEGIS je stvoren, a potom podržan od NASA, da bi se pokušalo shvatiti na koji način se mogao razviti vanzemaljski život.

U biologiji, suštinski struktura određuje funkciju, a novoformirani nukleotidi se mogu integrisati sa već postojećim nukleotidima. Niko ne zna kuda bi nas to odvelo i da li pored ova dva novostvorena i testirana nukleotida, ne postoji još puno onih koji bi se ponašali na isti način. Upravo zbog toga, ovo je tek prvi korak u pravcu veštačke biologije koja može imati revolucionaran značaj za ljudsku civilizaciju. U svakom slučaju, ispred nas su desetine godine uzbudljivih istraživanja, potrebe za strogim regulisanjem ovakvih istraživanja, ali i puno otkrića koja će možda uticati na naš život više nego bilo koje otkriće do sada [3].

[1] Committee on Mapping, & Sequencing the Human Genome. (1988). Mapping and sequencing the human genome. National Academies Press.

[2] Pesole, G. (2008). What is a gene? An updated operational definition. Gene, 417(1-2), 1-4.

[3] Oh, J., Shan, Z., Hoshika, S., Xu, J., Chong, J., Benner, S. A., … & Wang, D. (2023). A unified Watson-Crick geometry drives transcription of six-letter expanded DNA alphabets by E. coli RNA polymerase. Nature Communications, 14(1), 8219.