הדיווח הראשון על חיידק שהגנום שלו מכיל אבני בניין DNA מעשה ידי אדם פותח את הדלת לאורגניזמים תפורים שיוכלו לשמש לייצור תרופות חדשות ומוצרים אחרים.

לכל היצורים החיים יש אDNA "אלפבית"של ארבע אותיות בלבד, המקודדות הוראות לחלבונים שמבצעים את רוב העבודות המרכזיות בתוך התאים. אבל הרחבת האלפבית הזה לכלול אותיות מלאכותיות יכולה לתת לאורגניזמים את היכולת לייצר חלבונים חדשים שלא נראו קודם לכן בטבע.

ה-DNA מעשה ידי אדם יכול לשמש לכל דבר, החל מייצור של תרופות וחיסונים חדשים ועד לזיהוי פלילי, אומרים חוקרים.

"מה שעשינו הוא לאחסן בהצלחה מידע מוגבר ב-DNA של תא חי", אמר ל-Life Science מוביל המחקר פלויד רומסברג, ביולוג כימי במכון המחקר Scripps בלה ג'ולה, קליפורניה. עם זאת, נותרו צעדים רבים עד שרומסברג ועמיתיו יכולים לגרום לתאים לייצר חלבונים מלאכותיים.

אלפבית DNA

התחום שלביולוגיה סינתטיתכרוך בהתעסקות עם DNA כדי ליצור אורגניזמים המסוגלים לתפקודים חדשים ברפואה, באנרגיה ובתחומים אחרים.

אלפבית ה-DNA מורכב מארבע אותיות, או בסיסים: אדנין, תימין, גואנין וציטוזין (A, T, G ו-C). אדנין זוגות עם תימין, וגואנין זוגות עם ציטוזין. RNA הוא חומר גנטי הדומה ל-DNA, אלא שיש לו עמוד שדרה כימי שונה והוא מחליף את הבסיס תימין באורציל (U).

יצורים חיים מתרגמים DNA לחלבונים באמצעות סדרה של שלבים. ראשית, אנזימים "מתמללים" את ה-DNA ל-RNA. לאחר מכן, מבנים הנקראים ריבוזומים מתרגמים את ה-DNA לחלבונים, המורכבים מגדילי מולקולות הנקראיםחומצות אמינו.

בסופו של דבר, החוקרים שואפים ליצור אורגניזמים שיכולים לייצר חלבונים מלאכותיים. אבל קודם כל, הם צריכים להראות שניתן לתמלל את ה-DNA המכיל את האותיות מעשה ידי אדם ל-RNA, ושניתן לתרגם את ה-RNA הזה לחלבונים.

במחקר, רומסברג וצוותו יצרו זוג חדש של אותיות DNA שלא נמצאו בטבע והחדירו את הצמד לתאים של חיידקי Escherichia coli. הכנסת ה-DNA לתוך התאים אינה קלה, אך החוקרים הצליחו לעשות זאת באמצעות טרנספורטר, חלבון המעביר חומרים על פני קרומי התא.

בתוך התאים, הדנ"א מעשה ידי אדם התחבר לפלסמיד, חתיכת DNA עגולה שנמצאת בחיידקים. הפלסמידים השתכפלו, מבלי לדחות את ה-DNA הזר או להשפיע על צמיחת התאים, דיווחו החוקרים.

כעת, כשהמדענים הוכיחו שאורגניזם יכול לשלב אותיות DNA מלאכותיות בגנום שלו, השלב הבא יהיה להראות שהוא יכול להמיר את ה-DNA לחלבונים חדשים, שיכולים לשמש לייצור תרופות טובות יותר.

תרופות בהזמנה אישית

חלבונים הפכו לסוג חדש וחשוב של תרופה, מכיוון שתאים יכולים לעשות את העבודה של ייצורם ומכיוון שניתן להשתמש בטכניקות ביולוגיה מולקולרית כדי לעזור לחלבונים "להתפתח" לתכונות רצויות, אמר רומסברג. אבל חלבונים מוגבלים ל-20 אבני בניין בלבד, המכונות חומצות אמינו.

"השווה את זה לכימאי רפואי, שחוקר מגוון הרבה יותר של מבנים בתרופות הקטנות מולקולות שהם מסנתזים", אמר רומסברג. "אנו מקווים שנוכל לשלב את המיטב של תרופות מולקולות קטנות וחלבונים כאחד."

המחקר סולל את הדרך לאורגניזמים "מעצבים" עם גנומים בהתאמה אישית המסוגלים לבצע משימות שימושיות, כמו ייצור תרופות. כבר, חוקרים יצרו את הראשון "אורגניזמים סינתטיים"- חיידקים מלאכותיים ושְׁמָרִים- שיש להם רצפי DNA מעשה ידי אדם בגנום שלהם.