Revolutionær proces kunne signalere en ny æra for gensyntese

Et team af forskere ledet af University of Southampton har demonstreret en banebrydende ny metode til gensyntese - et vigtigt forskningsværktøj med anvendelse i den virkelige verden i alt fra dyrkning af transplanterbare organer til udvikling af behandlinger for kræft.

Nuværende metoder til syntetisering af gener gør udstrakt brug af enzymer (naturligt forekommende biologiske katalysatorer) til at forbinde korte DNA-strenge for at danne de større strenge, der udgør gener.

Disse metoder er blevet brugt til at samle meget lange DNA-strenge, såsom en organismes genom (hele dens sæt af gener), men er begrænset på grund af deres afhængighed af enzymer. En af de største mangler er, at de ikke tillader inkorporering i specifikke steder på DNA'et af epigenetisk information - et sekundært lag af genetisk information, der styrer ekspressionen ('tænding' eller 'slukket') af gener i celler.

Epigenetisk information spiller en vigtig rolle i flere biologiske processer, herunder sygdomme som kræft, hvilket betyder, at adgang til epigenetisk modificerede gener er afgørende for en bedre forståelse af sygdommen og dens potentielle behandlinger.

I en undersøgelse offentliggjort i dag [mandag 11. september] i tidsskriftet Naturkemi , forskere ved University of Southampton, i samarbejde med partnere ved University of Oxford og ATDBio (et DNA-syntesefirma baseret i Southampton og Oxford), demonstrere en rent kemisk metode til gensamling, som overvinder begrænsningerne ved eksisterende metoder.

Den nye tilgang er afhængig af en hurtig og effektiv kemisk reaktion (den kobberkatalyserede alkyn-azid-cycloadditionsreaktion) kendt som klikkemi for at sammenføje modificerede flere DNA-fragmenter til et gen (en proces kaldet klik-DNA-ligering).

Kliklinkende DNA skaber 'ardannelse' i DNA'ets rygrad, men tidligere arbejde fra holdet har vist, at funktionen af ​​den resulterende DNA-streng i bakterier og humane celler er upåvirket.

Ali Tavassoli, Professor i kemisk biologi ved University of Southampton, hvem ledede undersøgelsen, sagde:"Vores tilgang er et væsentligt gennembrud inden for gensyntese. Ikke kun har vi demonstreret samling af et gen ved hjælp af klik-kemi, vi har også vist, at den resulterende DNA-streng er fuldt funktionel i bakterier, på trods af de ar, der dannes ved sammenføjning af fragmenter.

"Genomsyntese vil spille en stadig vigtigere rolle i videnskabelig forskning. Vi tror på, at vores rent kemiske tilgang har potentialet til markant at accelerere indsatsen på dette meget vigtige område, og i sidste ende føre til en bedre forståelse af biologiske systemer."

Den kemiske tilgang betyder også, at syntesen af ​​store DNA-strenge kunne accelereres kraftigt og tillade større mængder af et enkelt gen at blive produceret. Det kan også gøre det muligt for processen at blive automatiseret, potentielt reducere tid og omkostninger involveret.

Studie medforfatter professor Tom Brown, fra University of Oxford, som også er gæsteprofessor ved University of Southampton, kommenterede:"Syntesen af ​​kemisk modificerede gener, hvilket vi har opnået ved en radikal ny tilgang, vil blive stadig vigtigere, efterhånden som virkningerne af epigenetisk modificeret DNA på genekspression bliver tydelige.

"Vi startede det grundlæggende arbejde med klikligering for over 10 år siden, så det er meget tilfredsstillende nu at være på det stadie, hvor vi kan demonstrere denne brugbare og yderst effektive nye tilgang til gensyntese."