Naukowcy z Uniwersytetu w Bristolu odkryli, że enzymy odpowiedzialne za kopiowanie DNA potrafią samodzielnie budować długie nici materiału genetycznego – bez żadnego szablonu. Co więcej, powstające w ten sposób łańcuchy nie są przypadkowe: wykazują wyraźne, powtarzające się wzorce, którymi naukowcy mogą sterować. Odkrycie może uprościć i potanić produkcję długich fragmentów DNA wykorzystywanych w biotechnologii.
- Polimerazy DNA potrafią tworzyć długie nici materiału genetycznego bez szablonu – proces ten naukowcy nazywają „bazgraniem”.
- Powstające łańcuchy DNA nie są losowe – wykazują powtarzające się wzorce, na które wpływają temperatura i dostępne bloki budulcowe.
- Odkrycie może mieć zastosowanie w biotechnologii, ułatwiając budowę długich odcinków DNA potrzebnych do tworzenia genów lub kontrolowania zachowania komórek.
Naukowcy odkryli, że polimerazy DNA – czyli enzym katalizujący syntezę DNA w czasie replikacji lub naprawy DNA – potrafią zapisywać długie, ustrukturyzowane fragmenty nowego materiału genetycznego bez szablonu do kopiowania.
W wytworzonych samodzielnie przez enzymy niciach DNA zauważono wyraźne, powtarzające się wzorce. Badacze z Uniwersytetu w Bristolu powiązali te wzorce z konkretnymi enzymami i reakcjami – wykazali, że powstałe nici zgodne są ze znanymi regułami i wykazują większy porządek niż pierwotnie oczekiwano.
Zdjęcia Ziemi z Artemis II zrobiono 10-letnim aparatem. Dlaczego nie nowszym?
W normalnych warunkach polimeraza DNA litera po literze kopiuje istniejącą nić.
Badaną przez zespół z Bristolu umiejętność budowania DNA bez szablonu naukowcy nazywają „bazgraniem”. Kontynuację tego samego wzoru stymulować mogą dodane na początku jednostki DNA. O tym, jakie jednostki zostaną dodane do nici, decydują zmiany temperatury i dostępne bloki budulcowe. To sprzężenie zwrotne wyjaśnia, dlaczego nici tworzą wzory, a nie całkowicie losowe ciągi materiału genetycznego.
Długość ma znaczenie
Obecne metody budowy DNA najlepiej sprawdzają się na krótkich fragmentach, ponieważ każdy dodatkowy krok zwiększa ryzyko wystąpienia błędu. Ostatnie postępy pozwoliły na wydłużenie tych fragmentów jedynie do kilku tysięcy jednostek DNA, co pokazuje, jak trudna pozostaje budowa dłuższych nici.
Z kolei ten sam proces bez szablonu, opisany wcześniej, generował łańcuchy DNA o długości dziesiątek tysięcy jednostek w jednym przebiegu. Ta różnica może mieć znaczenie – naukowcy mogą potrzebować długich fragmentów DNA do budowy genów lub kontrolowania zachowania komórek.
Odczyt DNA za pomocą sygnałów elektrycznych
Naukowcy śledzili całe tworzone łańcuchy DNA poprzez wykrywanie niewielkich sygnałów elektrycznych generowanych podczas przechodzenia każdej jednostki nici przez czujnik. Dzięki takiemu podejściu nie musieli dzielić łańcucha na mniejsze fragmenty. Drugie narzędzie wykorzystywali do mapowania fizycznego kształtu nici. Połączenie obu metod dało im wyraźniejszy obraz tego, co produkowały enzymy i jak formowały się te długie nici DNA.
Na późniejszym etapie, badacze próbowali przyspieszyć reakcję. Zmiana temperatury zmieniła szybkość dodawania kolejnych elementów, co zaburzyło równowagę powtarzających się bloków w gotowych niciach.
Ograniczenie reakcji do zaledwie dwóch z czterech bloków budulcowych DNA spowodowało, że enzymy wytworzyły długie, bardzo regularne, powtarzające się odcinki – niektóre rozciągające się na ponad 1000 jednostek.
To może być najsilniejsze El Niño w historii. Na upałach się nie skończy
Ta przewidywalna reakcja na proste zmiany sprawiła, że proces wydawał się mniej losowy, a bardziej przypominał coś, co naukowcy mogliby celowo kontrolować.
Budowę nici DNA bez wzorca do skopiowania naukowcy zauważyli po raz pierwszy kilkadziesiąt lat temu. Dotychczas proces „bazgrania” traktowano jako ciekawostkę. Najnowsze odkrycie pokazuje, że naukowcy mogą mapować, porównywać i modyfikować wynik.
Odkrycie może być wykorzystane w biotechnologii – może ułatwić i obniżyć koszty budowy długich odcinków DNA.
„Niewiarygodne, oszałamiające”. Misja Artemis II po niewidocznej stronie Księżyca