XNA: Ενα τεχνητό υποκατάστατο του DNA

XNA: Ενα τεχνητό υποκατάστατο του DNA

Η ζωή απαιτεί ένα σύστημα αποθήκευσης και αναπαραγωγής γενετικών πληροφοριών. Στη ζωή που εμφανίστηκε στη Γη, αυτό το ρόλο παίζουν το DNA και το RNA, όμως τα μόρια αυτά δεν είναι τα μόνα που έχουν τέτοιες δυνατότητες. Υπάρχουν τουλάχιστον άλλα 6 πολυμερή που μπορούν να επιτελέσουν το ίδιο έργο. Το ότι η χλωρίδα και η πανίδα στη Γη χρησιμοποιούν το DNA και το RNA είναι θέμα τύχης.

Το XNA (ξενονουκλεϊνικό οξύ) έχει δομή που μοιάζει με συνεστραμμένη σκάλα, όπως η δομή του DNA. Στο DNA τα σκαλοπάτια της σκάλας σχηματίζουν τέσσερις νουκλεϊνικές βάσεις: Η αδενίνη, η θυμίνη, η γουανίνη και η κυτοσίνη. Φωσφορικές ομάδες και σάκχαρα δημιουργούν τα πλαϊνά της σκάλας, τη ραχοκοκαλιά του μορίου. Εδώ και 30 χρόνια οι επιστήμονες προσπαθούν να τροποποιήσουν τη δομή αυτή με τα σάκχαρα, ώστε να δημιουργήσουν τεχνητά νουκλεϊνικά οξέα, που θα χρησιμοποιηθούν ως ερευνητικά εργαλεία, ικανά να συνδεθούν με το DNA.

Για να κατασκευάσουν XNA, ερευνητές στο Κέιμπριτζ δεν άλλαξαν απλώς τα σάκχαρα στη ραχοκοκαλιά του DNA, αλλά τα υποκατέστησαν με εντελώς διαφορετικά μόρια, όπως το κυκλοεξάνιο. Επιπλέον, δημιούργησαν ένζυμα, που συνεργάζονται με το XNA για να σχηματίσουν ένα πλήρως λειτουργικό σύστημα γενετικών πληροφοριών. Τα ένζυμα επιτρέπουν στο XNA να κάνει κάτι που κανένα άλλο τεχνητό νουκλεϊνικό οξύ δεν είχε πετύχει: Να εξελίσσεται! Μέσα στα ζωντανά κύτταρα, ένζυμα που ονομάζονται πολυμεράσες, κόβουν, συγκολλούν και χρησιμοποιούν κομμάτια DNA, επιτρέποντας να εκφραστεί η γενετική πληροφορία που περιέχει. Χωρίς αυτήν την αλληλεπίδραση, το DNA θα παρέμενε αδρανές όσο και μια σκονισμένη εγκυκλοπαίδεια στο ράφι.

Οι Βρετανοί επιστήμονες χρειάστηκε να αναπρογραμματίσουν τα φυσικά ένζυμα πολυμεράσης, έτσι ώστε να μετατρέπουν το DNA σε XNA και αντίστροφα, δημιουργώντας ένα καινοτόμο σύστημα αποθήκευσης και μετάδοσης γενετικών πληροφοριών. Ενα από τα είδη XNA που κατασκεύασαν, το HNA (ανυδροεξιτολικό νουκλεϊνικό οξύ), που όχι μόνο διατηρεί με σταθερότητα τις αλλαγές στο γενετικό κώδικα που ενσωματώνει, αλλά και εξελίχτηκε έτσι ώστε να προσδένεται σε μια πρωτεΐνη με μεγαλύτερη επιτυχία.

Οταν - και εφόσον - τελειοποιηθεί η λειτουργικότητα των XNA και των ενζύμων τους, θα μπορούσαν να υποκαταστήσουν το DNA και το RNA σε ένα ζωντανό κύτταρο. Οι ερευνητές θα μπορούσαν να πάρουν ένα απλό βακτήριο, να του αφαιρέσουν το DNA και να το αντικαταστήσουν με XNA. Εναλλακτικά, θα μπορούσαν να ενσωματώσουν το XNA μέσα σε πρωτοκύτταρα - φύτρα νέων μορφών ζωής - ικανά να εξελιχτούν με τρόπους απρόβλεπτους. Αν και άλλοι ερευνητές, όπως ο πολύς Κρεγκ Βέντερ (της κούρσας για την αποκωδικοποίηση του ανθρώπινου γονιδιώματος), έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο στην τροποποίηση του γενετικού κώδικα των μορφών ζωής που υπάρχουν στη φύση, κανένας δεν κατάφερε να συνθέσει πραγματικά συνθετική ζωή, δηλαδή ζωή που δεν θα εξαρτάται από αυτό που η βιολογική εξέλιξη προσφέρει, αλλά θα στηρίζεται μόνο σε ανθρώπινες εφευρέσεις.

Αν και η κατασκευή μορφών ζωής βασισμένων στο XNA απέχει ακόμα πολύ από το να γίνει πραγματικότητα, προσφέρει ένα πλεονέκτημα από πλευράς ασφάλειας. Αν μια τέτοια μορφή ζωής ξέφευγε από το εργαστήριο, θα πέθαινε, χωρίς μια σταθερή προμήθεια ειδικών ενζύμων για το XNA. Επιπλέον, το XNA δε θα μπορούσε να ενσωματωθεί στο γονιδίωμα των φυσικών οργανισμών, επειδή τα φυσικά τους ένζυμα δε θα μπορούσαν να το αναγνωρίσουν. Βακτήρια βασισμένα στο XNA, σχεδιασμένα να καταβροχθίζουν πετρελαιοκηλίδες ή να παράγουν ηλεκτρισμό από απόβλητα, δε θα μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν με τους οργανισμούς που υπάρχουν στη φύση.

Το γεγονός ότι το XNA είναι συμπληρωματικό του DNA, ωστόσο δομικά μοναδικό, το κάνει ιδιαίτερα χρήσιμο στην ιατρική, τη βιοτεχνολογία και τη βιολογική έρευνα. Αμερικανοί ερευνητές, οικοδομώντας πάνω στην έρευνα των Βρετανών συναδέλφων τους, πρόσθεσαν άλλα δύο γράμματα, δύο νέες νουκλεϊνικές βάσεις, στο γενετικό αλφάβητο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο XNA. Στόχος τους είναι να δημιουργήσουν ελεγχόμενα χημικά συστήματα, που συμπεριφέρονται σαν βιολογικά, χωρίς όμως να είναι βιολογικά.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»

    

Παιχνίδι θανάτου δύο λευκών νάνων

Το νεφέλωμα που απέμεινε από την έκρηξη υπερκαινοφανούς του 1006

Οι υπερκαινοφανείς (σουπερνόβα) τύπου Ia είναι η τελική κατάληξη μιας ...όχι καλής σχέσης μεταξύ δύο άστρων, όπου το πρώτο κλέβει συνεχώς ύλη από το συνοδό του, μέχρι που να φτάσει την κρίσιμη μάζα, να γίνει ασταθές και στη συνέχεια να προκαλέσει μια πυρηνική έκρηξη τόσο ισχυρή, που κονιορτοποιεί το θύμα του.

Ο υπαίτιος για τέτοιου τύπου υπερκαινοφανείς είναι γνωστός: μικρά, πυκνά άστρα, γνωστά ως λευκοί νάνοι. Αλλά η ταυτότητα του θύματος δεν είναι καθόλου σίγουρη. Οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι πρέπει να είναι άστρα σαν τον Ηλιο, ή γιγαντιαία άστρα που βρίσκονται σε φάση της ζωής τους όπου παρουσιάζουν μεγάλη διόγκωσή τους. Πρόσφατες μελέτες υπέδειξαν ότι ένας πολύ λιγότερο γνωστός μηχανισμός, ίσως να βρίσκεται πίσω από τις περισσότερες κατακλυσμιαίες εκρήξεις αυτού του τύπου. Δύο λευκοί νάνοι, που αποτελούν σύστημα διπλού αστέρα (περιφέρονται ο ένας γύρω από τον άλλο), εξελίσσονται σε ζευγάρι που ο ένας κανιβαλίζει το συνοδό του, με τελική κατάληξη ένα σουπερνόβα. Οι περιπτώσεις υπερκαινοφανών Ia με θύμα αστέρια σαν τον Ηλιο ή γιγαντιαία άστρα ίσως είναι η μειοψηφία.

Ερευνητές του Ινστιτούτου Αστροφυσικής των Καναρίων Νήσων παρατήρησαν τα υπολείμματα του υπερκαινοφανούς τύπου Ia, που παρατηρήθηκε από τη Γη, το έτος 1006. Αν το συνοδό άστρο ήταν κάποιο μεγάλο άστρο της κύριας ακολουθίας, ο πυρήνας του θα είχε παραμείνει σχεδόν ανέπαφος μετά την έκρηξη και θα ήταν ορατός σήμερα. Αν όμως ήταν λευκός νάνος, δε θα είχε αφήσει κανένα ίχνος. Σε συνδυασμό με άλλες ανάλογες έρευνες χωρίς αποτέλεσμα για τα υπολείμματα μετά από μια έκρηξη υπερκαινοφανούς, οι ερευνητές εκτίμησαν ότι λιγότερο από το 20% των σουπερνόβα Ia οφείλονται στο κλασικό σενάριο.

Υπάρχουν όμως και επιστήμονες που αμφισβητούν το συμπέρασμα αυτό, τονίζοντας ότι αστέρια λίγο μικρότερα από τον Ηλιο επίσης δε θα άφηναν ανιχνεύσιμα ίχνη, όπως στην περίπτωση του υπερκαινοφανούς του 1006.