מהפכה מתמשכת בסינתזת DNA עשויה לעזור בבניית גנים מגריטה

חברת DNA Script, חברה צרפתית, הודיעה על פריצת דרך בסינתזת DNA אנזימטית, טכניקה שעשויה יום אחד לסייע למדענים לבנות גנים מהתחלה - אם כי נדרש מחקר נוסף.

ה- DNA הוא התוכנית המבטיחה את המורכבות והמשכיות המבריקים של החיים. פולימר כימי זה קיים בכל טריליון התאים שלנו, ובמקרים מסוימים שינוי בודד לאות DNA (A, T, C ו- G) יכול לגרום למחלות גנטיות קשות, כולל סיסטיק פיברוזיס ואנמיה חרמשית. .

ד"ר אלכסנדר טוד, ביוכימאי בריטי, היה בין המדענים הראשונים שפיתחו שיטות לסינתזה כימית של פולימרים של DNA. טוד קיבל את פרס נובל לכימיה משנת 1957 על עבודתו בנושא כימיה של נוקליאוטידים וסינתזת DNA, שרובם התרחש על עקבי ה- DNA של ווטסון וקריק של מבנה ה- 1953. טוד פיתח שיטה לסנתזת DNA המכונה סינתזת H-phosphonate, שהוחלפה במהירות על ידי גישות כימיות יעילות יותר.

המודל המקורי של ווטסון וקריק של מבנה ה- DNA, מבוסס על תמונות דיפרקציה של רנטגן של רוזלינד פרנקלין ומוריס ווילקינס. מבנה זה שוכן כיום במוזיאון המדע בדרום קנזינגטון, לונדון, בריטניה.

בשנות השבעים של המאה העשרים פיתח ד"ר מרווין ה. קארוטרס, ביוכימאי אמריקאי, דרך טובה בהרבה לסנתז את ה- DNA שעדיין הסתמך על אמצעים כימיים, אך היה יעיל ויציב יותר מגישות קודמות. עד היום, רוב החברות המציעות DNA סינתטי משתמשים בגישת Caruthers, המכונה שיטת הפוספורמדיט.

ישנם כמה חסרונות רציניים בשיטות סינתזת DNA מודרניות, שהמגע העיקרי שבהם הוא שלא ניתן להשתמש בטכנולוגיה לסינתזת גדילי DNA עם רצפי נוקלאוטידים חוזרים ונשנים מכיוון שהם מתקבצים ועוצרים את תהליך הבנייה. זו בעיה חמורה מכיוון שגנום של אורגניזמים חיים מכילים לרוב רצפי DNA ארוכים וחוזרים על עצמם. כאשר מדענים מסתכלים ליצור גנום שלם מאפס, הדורשים מיליוני ואפילו מיליארדי בסיסים של DNA, דרושות שיטות משופרות בצורה דרסטית לסינתזת DNA.

בשבוע שעבר דיווחה ה- DNA Script, חברה שבסיסה בפריס, צרפת, כי הם סינתזו בהצלחה גדיל DNA שאורכו 50 נוקלאוטידים, תוך שימוש בגישות אנזימטיות בלעדיות. משמעות הדבר היא כי במקום להשתמש בכימיה הקונבנציונאלית של הפוספורמדיט, הם השתמשו בחלבונים כדי לסנתז את ה- DNA עבורם ללא צורך בריגנטים יקרים ורצפי ביניים לא יציבים. אמנם 50 נוקליאוטידים אולי לא נשמעים כמו הרבה, והטכנולוגיה עדיין אינה קרובה ליכולות של סינתזת זרחן, אך החברה הצליחה רק לסנתז גדיל DNA של 3 נוקלאוטידים באמצעות גישה זו בשנת 2015.

יתרון חשוב אחד שסינתזת ה- DNA האנזימטית מחזיקה בכימיה של פוספורמדיט הוא בכך שהטכנולוגיה, לאחר שהוגדלה, ככל הנראה תהיה יקרה בהרבה מכימיה של זרחן, מכיוון שהיא אינה משתמשת בריגנטים כימיים יקרים (ומזיקים לסביבה).

גם סקריפט ה- DNA אינו בודד במאמציו לפתוח גישה חדשה ויעילה יותר לסינתזת DNA. Nuclera Nucleics, חברה שממוקמת בבריטניה המתגאה בכנסיית ד"ר ג'ורג 'כיועץ מדעי, מתמודדת גם היא על נתח שוק עתידי.

קצב המחקר של סינתזת DNA אנזימטית מתקדם בקצב שבירה באקדמיה, גם כן - ביום שני דיווחה המעבדה של ג'יי קיזלינג באוניברסיטת ברקלי על מערכת סינתזת DNA אנזימטית המשתמשת בנוקלאוטידים הקשורים לפירמינז חלבונים להארכת גדילי DNA. עבודה זו, בהובלת הסטודנטים לתארים מתקדמים, דניאל ארלו וסבסטיאן פאלוק, מדגימה כי מערכת הסינתזה האנזימטית החדשה יכולה להוסיף זוג בסיסי חדש של DNA לחוט גדל בשנות ה -20-20, ויכולה לעשות זאת מבלי להשתמש בחומרים ריאגנטים רעילים מגישת הזרחן.

למרות ששיטת סינתזת ה- DNA האנזימטית הזו עדיין אינה קרובה ליעילות או מדויקות מספיק לסינתזת גנום שלם, זה רק עניין של זמן עד שניתן יהיה לעצב ולבנות את הגנום של האורגניזמים בצורה מהירה ויעילה - אם באמצעות אנזימים או כימיה רגילה של זרחן.

קונסורציום ה- Yeast 2.0 הוא מאמץ בינלאומי מתמשך שהובל על ידי ד"ר ג'ף ספרים, גנטיקאי במרכז הרפואי NYU Langone, לבנות את הגנום של Saccharomyces cerevisiae, או שמרים של אופה, לחלוטין מאפס בשיטות כימיות. פרויקט זה שאפתני במיוחד מכיוון שלשמרים יש יותר מ 12 מיליון בסיסי DNA המאורגנים על פני 16 כרומוזומים שונים. צוותים באוסטרליה, סין, ארה"ב, בריטניה וסינגפור אחראים כל אחד לבניית חלק מהגנום. הכרומוזום הסינטטי הראשון עבור קונסורציום ה- Yeast 2.0 הושלם במרץ 2014. מאז סיימו חמישה כרומוזומים נוספים.

השמרים של בייקר, המשמשים לבישול בירה והכנת לחם, הוא נקודת המוקד של פרויקט ה- Yeast 2.0, שמטרתו לסנתז את כל הגנום שלו באמצעות סינתזה של DNA כימי.

אף פעם אל תסתפק במנוחה, המדענים ימשיכו לדחוף את מעטפת הסינתזה של הגנום. יוזמה אחת, שנמצאת עדיין בחיתוליה, נקראת GP-Writ. הובל בחלקו על ידי ד"ר. כנסיית ג'ורג 'וג'ף ספרים, GP-Writ שואף לחשוף עקרונות ביולוגיים מנחים שיאפשרו סינתזה מהירה וחסכונית של גנום בקנה מידה גדול מאפס. ככל שהקונסורציום הזה גדל וממשיך לגייס מדענים מובילים מרחבי העולם, זה רק עניין של זמן עד שניתן יהיה לבנות גנום אנושי לחלוטין דה-נובו, אולי עם גישות הסינתזה של ה- DNA האנזימטי שנמצאות כיום בחלוץ.

רוצה להתעדכן בחדשות האחרונות במדע וטכנולוגיה?

הצטרף אלינו בפייסבוק

עקבו אחרינו בטוויטר.

מחא כפיים אם נהנית ממאמר זה והשאיר תגובה למטה עם השאלות שלך.