De wetenschappers TSRI tonen het repurposing van DNA aan om nieuwe substanties te creëren

DNA evolueerde om genetische informatie op te slaan, maar in principe kan deze speciale, ketting-als molecule ook worden aangepast om nieuwe materialen te maken. De Chemici bij The Scripps Research Institute hebben (TSRI) nu een belangrijke demonstratie van dit het repurposing van DNA gepubliceerd om nieuwe substanties met mogelijke medische toepassingen te creëren.

Diagram dat van enzym (sinaasappel) 2' inkapselt - hydrogel azido-DNA/DNA (het Laboratorium van Romesberg van de Hoffelijkheid)

Floyd Romesberg van TSRI en Tingjian Chen, in een studie die online in het chemiedagboek Angewandte wordt gepubliceerd Chemie, toonden aan dat zij verscheidene potentieel waardevolle chemische wijzigingen aan de nucleotiden van DNA konden maken en nuttige hoeveelheden van gewijzigde DNA veroorzaken. De chemici toonden hun nieuwe benadering door een op DNA-Gebaseerd, water-absorberend hydrogel aan te maken dat uiteindelijk veelvoudig medisch en wetenschappelijk gebruik kan hebben.

„DNA heeft sommige unieke eigenschappen als materiaal, en met deze nieuwe capaciteit om het te wijzigen en het te herhalen als normale DNA, kunnen wij werkelijk beginnen sommige interessante potentiële toepassingen te onderzoeken,“ bovengenoemde Romesberg, een professor van chemie bij TSRI.

Het laboratorium van Romesberg tijdens het afgelopen decennium heeft pioniersmethodes geholpen om gewijzigde DNA, met het uiteindelijke doel te maken om waardevolle nieuwe geneesmiddelen, sondes en materialen zelfs kunstmatige het levensvormen te ontwikkelen. Het team bereikte vorig jaar een belangrijke mijlpaal met een prestatie die in de Chemie van de Aard wordt gemeld: de ontwikkeling van een kunstmatig de polymeraseenzym van DNA dat copieën van gewijzigde DNA kan maken, veel als normale polymerase van DNA herhaalt normale DNA.

De wijzigingen van DNA die in die studie worden getest impliceerden slechts de gehechtheid van fluor (f) of methoxy (o-CH3) delen aan de suikerbackbone van de nucleotidenwijzigingen van DNA die in principe de eigenschappen van op DNA-Gebaseerde drugs zou verbeteren. In de nieuwe studie, toonden Chen en Romesberg verscheidene andere wijzigingen aan die hun polymerase sfm4-3 kan herhalen en, zodoende, openden de deur voor het ontwerp van gewijzigde DNA voor een veel bredere waaier van toepassingen.

Één van de nieuwe wijzigingen voegt een azidogroep (N3) toe, klikt een geschikt gehechtheidspunt voor veel andere molecules via een vrij gemakkelijke reeks geroepen technieken „chemie,“ ook de weg bereid bij TSRI. De chemici TSRI toonden aan dat polymerase sfm4-3 azido-gewijzigde nucleotiden met adequate trouw kan herhalen en bundels van deze gewijzigde DNA kan exponentieel vergroten gebruikend een gemeenschappelijke laboratoriummethode, polymerasekettingreactie (PCR). Klik chemie kan dan worden gebruikt om het even welk van een grote verscheidenheid van verschillende molecules aan DNA via de azidogroep toe te voegen.

„Met azido-DNA en klik chemie, konden wij produceren functionalized hoogst DNA, met inbegrip van DNA die met een intense concentratie van fluorescente bakenmolecules wordt gewijzigd en DNA duidelijk met een chemisch handvat genoemd biotine,“ bovengenoemde Chen, die een post-doctorale onderzoekvennoot in het Laboratorium Romesberg is.

De wetenschappers in een geavanceerdere gebruikte demonstratie klikken chemie om de veelvoudige bundels van DNA aan een centrale, azido-gewijzigde bundel van DNA vast te maken, creërend een „flesseborstel“ structuur. Zij gebruikten toen de assemblage om DNA via PCR te vergroten om een groot netwerk van DNA te verkrijgen dat; aan hun verrassing; vormde een hydrogel wanneer blootgesteld aan water.

De „Hydrogels zijn een belangrijkste aandachtspunt deze dagen grote omdat zij heel wat potentiële toepassingen, hoewel er relatively few manieren voor hun gecontroleerde productie zijn,“ bovengenoemde Romesberg hebben.

Het nieuwe op DNA-Gebaseerde hydrogel bleek om sommige intrigerende eigenschappen te hebben. Chen en Romesberg vonden dat zij het met DNA-Scherpe enzymen en recentere hervorming konden oplossen het in om het even welke gewenste vorm gebruikend DNA-zichAansluitende bij enzymen, toestaand hen om het hydrogel met nieuwe stabiele structuren te vormen en te hervormen. Proteïnen van de Test die binnen het hydrogel worden geplaatst behielden ook hun biochemische activiteit.

„Wij denken dit hydrogel kan toepassingen hebben die zich van nieuwe vormen van druglevering aan het kweken van cellen in driedimensionele culturen uitstrekken,“ bovengenoemde Chen.

De onderzoekers toonden aan dat polymerase sfm4-3 ook kan worden gebruikt om DNA te herhalen en te vergroten die met drie andere types van toevoegingen aan de backbone suiker is gewijzigd: een chloor (Cl) of amino (NH2) groep, of een hydroxylgroep (OH) die met de backbone combineert om een arabinose suiker te vormen.

Chen en Romesberg zoeken nu de extra wijzigingen van DNA die kunnen worden herhaald gebruikend polymerase sfm4-3. Tezelfdertijd streven de onderzoekers specifieke toepassingen van hun gewijzigde DNA, met inbegrip van nieuwe hydrogels na.

„Gezien DNA verschillende opeenvolgingen kan hebben die verschillende eigenschappen verlenen, kunnen wij zelfs beginnen om over het evolueren nanomaterials met gewenste activiteiten te denken,“ bovengenoemde Romesberg.

Bron: http://www.scripps.edu/news/press/2017/20171010RomesbergChin.html