Mirror-Image Enzyme kopierer Glass-looking Glass


I prinsippet bør glassutgaver av disse molekylene samarbeide på samme måte som vanlige - men de kan være resistente mot angrep av konvensjonelle virus eller enzymer som ikke har utviklet seg i en utseende glassverden. Forskere ved Tsinghua University i Beijing har skapt en speilbildeversjon av et protein som utfører to av de mest grunnleggende prosessene i livet: kopiere DNA og transkribere det til RNA. Arb

I prinsippet bør glassutgaver av disse molekylene samarbeide på samme måte som vanlige - men de kan være resistente mot angrep av konvensjonelle virus eller enzymer som ikke har utviklet seg i en utseende glassverden.

Forskere ved Tsinghua University i Beijing har skapt en speilbildeversjon av et protein som utfører to av de mest grunnleggende prosessene i livet: kopiere DNA og transkribere det til RNA.

Arbeidet er et "lite skritt" på vei til å lage speilbilde livsformer, sier molekylærbiolog Jack Szostak fra Harvard Medical School i Boston, Massachusetts. "Det er en fantastisk milepæl, " tilføyer hans Harvard kollega George Church, som håper en dag å lage en hel speilbilde.

Mange organiske molekyler er "chirale": det vil si, de kan eksistere i speilbildeformer som ikke kan overlappes, som en høyrehendt og venstrehåndshansker. Men livet bruker nesten alltid en versjon: Cellene bruker venstrehendte aminosyrer, og har DNA som vrider som en høyrehendt skrue, for eksempel.

I prinsippet bør glassutgaver av disse molekylene samarbeide på samme måte som vanlige - men de kan være resistente mot angrep av konvensjonelle virus eller enzymer som ikke har utviklet seg i en utseende glassverden.

Det gjør speilbildebiokjemi en potensielt lukrativ virksomhet. Et selskap som håper det er Noxxon Pharma i Berlin. Den bruker mektig kjemisk syntese for å lage speilbildeformer av korte tråder av DNA eller RNA som kalles aptamerer, som binder til terapeutiske mål som proteiner i kroppen for å blokkere aktiviteten. Firmaet har flere speil-aptamer-kandidater i menneskelige studier for sykdommer som kreft; Tanken er at deres effekt kan bli bedre fordi de ikke forringes av kroppens enzymer. En prosess for å kopiere speilbilde-DNA kan gi en mye enklere rute for å lage aptamerene, sier Sven Klussmann, Noxxon Pharma sjefvitenskapelig offiser.

Gjennom blikket

Forskere har laget stykker av speil-DNA i flere tiår, slik at Tsinghua-teamet kunne bestille mye av det de trengte for deres utseende glass-DNA-replikasjonsforsøk fra en kjemisk leverandør: en speil-DNA-streng som skal kopieres, speil-DNA-byggeblokker og en kortere speil-primer-streng som kunne hente disse byggeblokkene i riktig rekkefølge.

Den vanskelige oppgaven var å lage speilbildenzymet som koordinerer kopieringsprosessen, kalt DNA-polymerase. Det ville trenge å bli syntetisert fra høyrehendte aminosyrer, men vanlige polymerase enzymer har mer enn 600 aminosyrer, noe som betyr at de er for store for dagens syntetiske metoder.

Så vendte Tsinghua-teamet seg til den minste kjente polymerasen: Afrikansk svinepestviruspolymerase X, som bare inneholder 174 aminosyrer. Dessverre er det også spektakulært sakte - sannsynligvis på grunn av sin lille størrelse, sier syntetisk biolog Ting Zhu, en tidligere kandidatstudent i Szostaks som bidro til å lede arbeidet. Teamet lagde en speilversjon av enzymet og fant at den, som sin naturlige ekvivalent, kunne forlenge en speilprimer bestående av 12 nukleotider (DNA-byggeblokker) til en 18-nukleotid speil-DNA-streng på ca. fire timer; og til en 56-nukleotidstreng på 36 timer.

Når de normale og speilbildeversjonene av disse systemene ble blandet sammen i samme testrør, virket begge replikasjonsprosessene uavhengig uten forstyrrelse. Spiegelbildepolymerasen kan også transkribe speil-DNA i speil-RNA, igjen i et istid. Arbeidet er utgitt i Nature Chemistry .

Klussmann sier at Noxxon Pharma er interessert i å forfølge en lignende tilnærming med et mer effektivt enzym. Faktisk håper Zhu og hans kolleger å bygge et speilbilde av en mer effektiv polymerase kjent som Dpo4, som er bygget av 352 aminosyrer.

Livet, bakover

Tsinghua-forskerne presenterer også sitt arbeid som et forsøk på å undersøke hvorfor livets chiralitet er slik det er. Dette er fortsatt mystisk: det kan ganske enkelt være tilfeldig, eller det kunne ha blitt utløst av en grunnleggende asymmetri i naturen.

Men Steven Benner, ved Stiftelsen for Anvendt Molekylær Evolusjon i Alachua, Florida, sier det er lite sannsynlig at å skape et speilform for biokjemisk liv kunne kaste lys over dette spørsmålet. Nesten hver fysisk prosess oppfører seg identisk når den ses i et speil. De eneste kjente unntakene - kalt "paritetsbrudd" - ligger i området for subatomic fysikk. Slike små forskjeller vil aldri dukke opp i disse biokjemiske forsøkene, sier Benner. (Han er også interessert i å lage DNA som kan unngå uønsket nedbrytning av naturlige enzymer eller virus, men i stedet for å bruke speil-DNA, har han opprettet kunstig DNA med ikke-naturlige byggesteiner.)

Kirkens ultimate mål å lage en speilbilde står overfor enorme utfordringer. I naturen blir RNA oversatt til proteiner av ribosomet, en kompleks molekylær maskin. "Rekonstruere et speilbilde av ribosomet ville være en skremmende oppgave, " sier Zhu. I stedet prøver Kirken å mutere et normalt ribosom slik at det kan håndtere speil-RNA.

Kirken sier at det er noens gjetning om hvilken tilnærming som kan lønne seg. Men han bemerker at et økende antall forskere jobber med glassutgaver av biokjemiske prosesser. "For en stund var det et ikke-felt, " sier Kirken. "Men nå virker det veldig levende."

Denne artikkelen er reprodusert med tillatelse og ble først publisert 16. mai 2016.

Hva har en ubåt, en rakett og en fotball til felles?Storms kan øke hastigheten på ozonet over USADel 8: Håndtering av Habitat DestructionEr naturgass mer klimavennlig?  Forskere kart Tusenvis av lekkasjer i Washington, DCStamcellebehandling for hjertesvikt får en Gull-Standard-prøveTviler Cloud Claims of Metallic HydrogenMenneskelig overbefolkning: Fortsatt et problem av bekymring?Batter Up: Shattering Sticks Opprett fare i MLB Ballparks