Ma olen pettunud iga kord, kui haaran kinda ja mõistan, et see on mõeldud vastaskäe jaoks.
Kuid sünteetiliste bioloogide jaoks on see tüütus bioloogiline veidrus, mis võib aidata meditsiini muuta. Mõelge kauakestvatele ravimitele, mida võiks võtta kord kuus, mitte kolm korda päevas. Või biomolekulipõhised diagnostikavahendid, mis püsivad keha sees, et hoida valvsalt silma peal tekkivatel vähivormidel või muudel kroonilistel haigustel, kartmata, et keha ainevahetus neid enneaegselt välja puhastab.
Veelgi julgem, bioloogia „peegeldimensioon” võib olla hüppelauaks sünteetiliste eluvormide kujundamisel, mis eksisteerivad väljaspool loodust, kuid on meie endi sõna otseses mõttes peegeldused. Ümbersõnastades: bioloogia peegelpildiga versiooni loomine tähendab elu põhilise operatsioonisüsteemi ümberkirjutamist.
Kõlab natuke liiga ulmeliselt? Las ma seletan. Sarnaselt sellele, kuidas meie vasak käsi ei saa kanda paremat kinnast, on elu ehitusplokid – DNA, RNA ja valgud – söövitatud spetsiifilistesse 3D-struktuuridesse. Pöörake need ümber, nagu peegelduksid peeglist, ja need ei saa enam keha sees toimida. Teadlased pole veel kindlad, miks loodus valis kahest potentsiaalsest peegelpildist vaid ühe kuju. Kuid nad on valmis seda testima.
Uues uurimuses in teadus tegi edusamme, muutes keha valkude valmistamise masina osad selle peegelpildiks. Keskel on struktuur, mida nimetatakse ribosoomiks, mis võtab endasse geneetilise koodi ja teisendab selle aminohapeteks – kõigi valkude Lego-plokkideks. Ribosoom on ikooniline rakuarhitektuur, mis on sulandatud kahest peamisest molekulaarsest komponendist: RNA-st ja valkudest.
Meeskond, mida juhtis kauaaegne peeglielu entusiast dr Ting Zhu Westlake'i ülikoolist Hangzhous, Hiinas, tegeles pusle RNA-osaga. Nad kujundasid ümber tööhobuse valgu, mis ehitab kaks kolmandikku struktuurist, nii et saadud RNA komponendid on ehitatud peegelkujul.
Need struktuurid ei suuda veel "peegeldunud" valke välja pumbata. Kuid mitmed testid näitasid, et sünteesitud molekulid olid palju resistentsemad raku tavaliste majapidamisvalkude suhtes, mis närivad ära samade valkude looduslikke versioone.
"Biotehnoloogia vaatenurgast võimaldaks peegelpildi ribosoomi olemasolu palju rakendusi," ütles Dr Jonathan Sczepansk Texase A&M ülikoolist, kes ei olnud tööga seotud. "See on peegelpildi bioloogia valdkonnas tõesti tohutu edasiminek."
(Bio)kuriosumite kabinet
Lugu elu uudishimulikust eelsoodumusest teatud struktuuride vastu algab 1848. aastal Louis Pasteuriga. Tõenäoliselt olete kuulnud prantsuse keemikust – vaktsineerimise, mikroobse kääritamise ja pastöriseerimise isast, mis hoiab meie piima siiski joogikõlbulikuna. Läbi oma veinikirstude piiludes leidis Pasteur ahvatleva molekuli kristalseid setteid. Kuigi neil oli sama kuju ja keemilised omadused, moodustasid nad üksteisest peegelpilte. Üks konfiguratsioon sai nimeks "L". leavus, või jäetud ladina keeles; teine "D" jaoks Dexter, või paremale.
Hiljem leidsid teadlased, et bioloogia aluskoodina eksisteerivad L- ja D-vormi molekulid. DNA ehitusplokid, meie geneetika plaan, on loomulikult D-vormis. Aminohapped seevastu pöörduvad tavaliselt vasakule.
See eelarvamus on sügavalt juurdunud bioloogia keskses põhimõtetes. DNA tõlgitakse RNA-ks ja suunatakse seejärel ribosoomi, et ehitada see edasi valkudeks, mis täidavad eluks olulisi protsesse. Kuid siin on tuum: igal etapil pumpab raku masin välja teatud molekule. kiraalsus. Meie koed ja elundid on programmeeritud kiraalseks maailmaks, st selliseks, kus kõnealust objekti ei saa peegelpildile asetada, isegi kui seda pööratakse.
Mõned aastad tagasi küsisid teadlased: mis siis, kui saaksime sellele süsteemile kunstlikult peegli panna ja purustada selle elu uueks sünteetiliseks dimensiooniks, mis on valmistatud vastupidisest kiraalsusest?
Läbi vaadatava klaasi
Elu enda ümber peegel-vastupidiseks versiooniks kirjutamine on pehmelt öeldes raske ülesanne.
Uus uuring keskendus peeglile, mis "peegeldab" ribosoomi osi. Varasemad uuringud näitasid, et peegelpildiga DNA-d on võimalik replitseerida ja isegi tõlkida messenger-peegel-RNA-ks. Autorid selgitasid: "Järgmine samm on peegelpildi translatsiooni realiseerimine" RNA-st valguks.
See on kõrge mägi, kuhu ronida. Ribosoom on massiivne struktuur, milles on ligikaudu 2,900 RNA tähe ehitusplokki ja üle 50 erineva valgu. Keemikud on varem suutnud RNA-de peegelpildi pikkadeks ahelateks sünteesida. Kuid see on tüütu, tõrgeteta ja võib ulatuda maksimaalselt 70 täheni.
Kui inimese loodud keemia ei tööta, siis miks mitte kasutada loodust? Rakkudes on RNA tähed tavaliselt kokku õmmeldud bioloogilisteks andmeahelateks ensüümiga – valguga, mida nimetatakse RNA polümeraasiks. Ensüümi "peegeldamine" võib teoreetiliselt luua ka RNA peegeldunud versiooni, mis ehitab ribosoomi. Tagasi 2019-s Zhu meeskond sai selle idee torgatud, "pöörates" viirusest valgu-tööhobuse. See töötas, kuid see oli valusalt aeglane ja saadud molekulid olid täis vigu.
Selle asemel, et tegeleda kogu valgusünteesi masinaga, keskendusid autorid ühele kriitilisele liikmele: T7 RNA polümeraasile. Sünteetilise bioloogia sfääri kullake, see ensüüm on kopsakas tööhobune, kes suudab suure tõhususega välja ajada pikki RNA ahelaid – sealhulgas neid, mis moodustavad valke moodustavaid ribosoome.
Röntgenanalüüsi abil leidis meeskond, et T7 saab jagada kolmeks segmendiks, millest igaüks on traditsioonilise sünteesi käeulatuses. Sünteesides iga segmendi - nende loomulike vastete peegelversiooni - lõplik struktuur ühendub ise ensüümi T7 peegelversiooniks.
"Sellise suurusega valgu kokkupanek oli suur pingutus," ütles Sczepanski.
Tundmatusse
Peegel T7 käes, alustas meeskond järgmisena ümberpööratud ribosoomi ehitamist. Valgutootmistehas on valmistatud kolmest suurest RNA tükist. Kui anti nende komponentide DNA juhiste peegelversioonid, ehitas konstrueeritud T7 ensüüm õnnelikult üles kõik kolm segmenti korraga. Täiendavad testid näitasid, et peegel-pööratud ensüümi veamäärad olid sarnased selle loomuliku vastega.
Veelgi enam, peegelpildiga T7 poolt välja pumbatud molekulid – peegel-RNA-d – olid rakkudes palju stabiilsemad kui looduslikult toodetud molekulid. See on potentsiaalne õnnistus RNA-põhistele vaktsiinidele või ravimitele, mis sageli enne mõju avaldamist keha sees kergesti tükeldatakse. Kuna peegelmolekulid on keha bioloogilistele protsessidele võõrad, võivad need püsida palju kauem, suurendades potentsiaalselt RNA- või valgupõhiste vaktsiinide ja ravimite toimet.
Ees on pikk tee. Praegu pole meeskond veel täielikku peegelribosoomi ehitanud. RNA-d moodustavad ligikaudu kaks kolmandikku struktuurist, järele on jäänud üle 50 valgu. Valgukomponentide lisamine geenitehnoloogia abil on omaette saavutus; Kas need koosnevad koos peegel-RNA-ga funktsionaalseteks peegelribosoomideks, on täiesti teadmata.
Kuid meeskond vaatab auhinnale: "Peegelpildi tõlke realiseerimine viib lõpule molekulaarbioloogia peegelpildi keskse dogma," kirjutasid nad.
