Nova studija: Kako enzimi mogu 'crtati' DNK bez šablona i zašto je to važno

Naučnici sa Univerziteta u Bristolu prikazali su da određeni enzimi u laboratorijskim uslovima mogu sintetisati DNK bez postojeće sekvence — proces koji istraživači nazivaju „sinteza DNK bez šablona” ili u žargonu „doodling”. Otkriće otvara nove mogućnosti u biotehnologiji, ali i ukazuje na značajne tehničke i bezbednosne prepreke pre nego što bi primena postala stvarnost.

Šta je „doodling” i čime se razlikuje od klasične sinteze?

Tradicionalno, enzimi zvanih polimeraze grade DNK tako što nadograđuju nukleotide jedan po jedan prateći postojeći šablon. Kod doodlinga, polimeraze ponekad nastave da dodaju nukleotide koji se ne poklapaju sa šablonom — odnosno stvaraju nove, nepredviđene sekvence. U radu iz Bristola zabeleženo je da se u kontrolisanim laboratorijskim uslovima mogu dobiti lanci dužine i do 85 364 nukleotida, što je daleko duže od uobičajene hemijske sinteze (oko 200 nukleotida) i značajno više od nedavnog rekorda od oko 1 700 nukleotida postignutog drugim pristupom.

Kako je eksperiment izveden i koja su ograničenja?

Rezultati su postignuti isključivo u laboratorijskim uslovima, pomoću specifičnih enzima i pažljivo podešenih hemijskih i fizičkih faktora. Prenošenje ove tehnike u žive ćelije suočava se sa nekoliko ključnih izazova:

A scientist in a lab looks into a microscope - Dragos Condrea/Getty Images

1) Ćelijski mehanizmi za proveru grešaka: tokom replikacije polimeraze često ispravljaju dodatke koji nisu u skladu sa šablonom.
2) Proteini koji „fiksiraju” sintezu na šablon i sprečavaju spontano dodavanje nukleotida.
3) Ćelijski kontrolni punktevi koji mogu zaustaviti ili ukloniti abnormalnu replikaciju.

Zbog ovih kontrolnih mehanizama, sekvence nastale doodlingom bi u ćeliji bile brzo prepoznate i često uklonjene, što značajno otežava direktnu primenu u živim organizmima.

Moguće primene i realistična očekivanja

Ako se u budućnosti uspešno nauči kontrolisati doodling, to bi moglo imati nekoliko važnih primena:

• Brže i ciljano projektovanje DNK sekvenci za laboratorijske i industrijske namene.
• Pomoć u razvoju bioterapija i bolje prilagođavanje terapija genetskom profilu pacijenta, u kombinaciji sa tehnikama poput CRISPR.
• Povećanje pouzdanosti genetičkih testova filtriranjem pozadinskog „šuma” koji može dovesti do lažno pozitivnih rezultata, što bi unapredilo rano otkrivanje raka i infekcija.

Međutim, važno je naglasiti da ovo otkriće ne znači da će uskoro biti moguće lečiti nasledne bolesti poput porodičnog raka debelog creva ili da će se „crtati” novi organi u telu. Reč je o laboratorijskoj metodologiji koja potencijalno širi alatni okvir istraživača, a za kliničke primene potrebne su decenije dodatnog istraživanja i rigoroznih provera bezbednosti.

Zaključak

Studija iz Bristola pomera granice razumevanja sinteze DNK i pokazuje da, u kontrolisanim uslovima, enzimi mogu stvoriti veoma duge sekvence bez početanog šablona. To je uzbudljiv rezultat za polje molekularne biologije i biotehnologije, ali primena u stvarnom svetu zahteva prevazilaženje ozbiljnih bioloških barijera i dodatne istraživačke napore.