Wissenschaftler synthetisieren Enzyme aus künstlichem genetischen Material

In einer Weltneuheit zeigen Wissenschaftler, dass es möglich ist, nicht nur künstliches genetisches Material herzustellen, sondern es auch zu nutzen, um Enzyme zu synthetisieren, die in der Lage sind, chemische Reaktionen zu katalysieren, die lebenswichtig sind.
Durch die Synthese von Enzymen, die künstliches genetisches Material verwenden, das es in der Natur nicht gibt, zeigen Wissenschaftler, dass DNA und RNA nicht die einzigen Wege sind, um das Leben zu beginnen.

Früher wurde angenommen, dass die Anwesenheit von RNA und DNA notwendig ist, um die chemischen Reaktionen, die das Leben ankurbeln, zu beschleunigen oder zu katalysieren.

Jetzt in der Zeitschrift Natur, ein Team von Wissenschaftlern des Medical Research Council (MRC) erklärt, wie sie mit XNA - künstlichem genetischen Material, das sie im Labor hergestellt haben - Enzyme hergestellt haben, die in der Natur nicht vorkommen, sich aber wie lebensnotwendige verhalten.

Die Errungenschaft wird Wissenschaftlern helfen, mehr über die Ursprünge des Lebens zu erfahren und könnte zu einer neuen Generation von Medikamenten und völlig neuen Wegen zur Erforschung und Diagnose von Krankheiten führen.

Dr. Philipp Holliger, Leiter der Studie am MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge, Großbritannien, sagt:

"Alles Leben auf der Erde hängt von einer Reihe chemischer Reaktionen ab, von der Verdauung von Nahrung bis zur DNA-Produktion in unseren Zellen. Viele dieser Reaktionen sind bei Umgebungstemperaturen und -drücken zu träge und erfordern Enzyme, um den Krebs anzustoßen oder zu" katalysieren " verarbeiten."

Die Entscheidungen des Lebens sind möglicherweise nicht auf RNA und DNA beschränkt

Dr. Holliger erklärt, dass Wissenschaftler bis vor kurzem davon ausgingen, dass DNA und RNA die einzigen Moleküle seien, die genetische Informationen speichern könnten. Es wurde auch angenommen, dass nur DNA und RNA - zusammen mit Proteinen - Enzyme bilden könnten. Aber jetzt sagt er:

"Unsere Arbeit legt nahe, dass es im Prinzip eine Reihe möglicher Alternativen zu den Molekülen der Natur gibt, die die katalytischen Prozesse unterstützen, die für das Leben notwendig sind. Die" Wahl "von RNA und DNA des Lebens kann nur ein Zufall der prähistorischen Chemie sein."

Die neue Studie baut auf früheren Arbeiten im MRC-Labor auf, wo Dr. Holliger und sein Team XNAs synthetisierten - synthetische Moleküle, die genetische Informationen ähnlich wie DNA speichern und weitergeben können.

Um jedoch vollständig nachzuahmen, was in der Natur passiert, müssen die Baustein-XNAs in der Lage sein, sich selbst zu replizieren. Hier kommen Enzyme ins Spiel, weil sie während der Selbstreplikation das Schneiden und Einfügen durchführen.

Künstliche Enzyme, die RNA schneiden und einfügen können

In ihrer neuen Studie beschreibt das Team, wie sie ihre XNAs zu "XNAzymen" herstellen und zeigen, dass sie kleine RNA-Stücke schneiden und einfügen können, genau wie natürliche Enzyme. Einer der XNAzyme kann sogar Stränge von XNA zusammenfügen - ein wichtiger Schritt zur Schaffung eines lebendigen Systems.

Der Befund wirft die Möglichkeit auf, dass lebende Systeme aus Molekülen entstehen können, die anders sind als jene, die zum Leben auf der Erde führten: "Es erweitert die mögliche Anzahl von Planeten, die Leben aufnehmen könnten", sagt Erstautor Dr. Alex Taylor, ein Forscher in das MRC-Labor und auch das St. John's College, Cambridge.

Weil sie stabiler sind als natürliche Enzyme, hofft das Team, dass ihre XNAzyme nützlich sein werden, um neue Medikamente gegen Krankheiten zu entwickeln, die durch die Störung von Zellfunktionen - wie Krebs und Virusinfektionen - entstehen.

"Unsere XNAs sind chemisch extrem robust, und weil sie in der Natur nicht vorkommen, werden sie von den natürlichen abbauenden Enzymen des Körpers nicht erkannt. Dies könnte sie zu einem attraktiven Kandidaten für lang anhaltende Behandlungen machen, die krankheitsbezogene RNAs stören können", sagt Dr. Holliger.

Die Finanzierung der Studie kam von der MRC, der Europäischen Wissenschaftsstiftung und dem Forschungsrat für Biotechnologie und Biowissenschaften.

Wie das genetische Material in der Natur repliziert wird, ist für Wissenschaftler ein Rätsel. Aber letztens, Medizinische Nachrichten heute hat von einer neuen Studie zur genetischen Replikation unter Leitung der Florida State University erfahren, die neue Einblicke in dieses wenig verstandene Gebiet bietet. Das Team hofft, dass ihre Ergebnisse zu neuen Krebsbehandlungen führen werden.

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