×

Kwas deoksyrybonukleinowy buduje każdą żywą istotę. Czym właściwie jest DNA?

DNA to chyba jeden z najbardziej szeroko wykorzystywanych zwrotów naukowych w kulturze popularnej. Jednakże jak wiele wiecie o tej wyjątkowej strukturze?

Biologiczne klocki do budowania organizmów

DNA lub inaczej kwas dezoksyrybonukleinowy to długa cząsteczka zawierająca nasz unikalny kod genetyczny. Ma w sobie wszelkie informacje dotyczące wytwarzania wszystkich białek w naszym ciele. Kolejność lub sekwencja tych zasad tworzy instrukcje w genomie.

DNA ma unikalny kształt „podwójnej helisy”, przypominający skręconą drabinę. Informacje w DNA są przechowywane jako kod składający się z czterech zasad chemicznych: adeniny (A), guaniny (G), cytozyny (C) i tyminy (T). Ludzkie DNA składa się z około 3 miliardów zasad, a ponad 99 proc. z nich jest takich samych u wszystkich ludzi.

Ta podwójna struktura helisy została po raz pierwszy odkryta przez Francisa Cricka, który pracował wraz z Jamesem D. Watsonem, Maurice’em Wilkinsem i Rosalindą Franklin. Jednakże DNA nie tylko określa strukturę i funkcje żywych istot — służy również jako podstawowa jednostka dziedziczenia w organizmach wszystkich typów.

Innymi słowy, ilekroć organizmy rozmnażają się, część ich DNA jest przekazywana potomstwu. Ta transmisja całości lub części DNA pomaga zapewnić pewien poziom ciągłości z pokolenia na pokolenie, jednocześnie pozwalając na niewielkie zmiany, które przyczyniają się do różnorodności życia.

Czy można modyfikować organizmy „na zawołanie”?

W filmach często widzimy magię inżynierii genetycznej, gdzie osoba wchodzi do specjalnej komory lub dostaje tajemniczy zastrzyk. Efekty widzimy już w kolejnej scenie, gdzie nasz bohater zyskuje supermoce albo przemienia się w zmutowanego jaszczura.

W praktyce tak nagłe zmiany w organizmie w trakcie modyfikacji nie zachodzą, a zmiany genotypu w tak dramatyczny sposób to kwestia pokoleń.

Jednym z najciekawszych przykładów wielopokoleniowej modyfikacji genetycznych są wszelakie rasy psów na całym świecie. Mopsy, husky czy owczarki to nic innego jak zmodyfikowane wilki, które udomowił człowiek pierwotny tysiące lat temu.

Wszelkie modyfikacje, w szczególności te radykalne (zmiany fizjonomiczne) wymagają kolejnych pokoleń. Nie da się ot tak uzyskać myszy z trzema ogonami. Organizmy transgeniczne (poddane modyfikacjom) zwykle w niewielkim stopniu różnią się od niezmodyfikowanych pierwowzorów.

W przypadku roślin (np. kukurydzy bądź pomidorów) naukowcy zwiększają odporność tych roślin na choroby, pasożyty bądź warunki pogodowe. W ten sposób uzyskuje się obfitsze plony przy jednoczesnym zachowaniu właściwości tych roślin uprawnych.

Modyfikacje genetyczne umożliwią leczenie wielu chorób

Terapia genowa to działająca od dziesięcioleci dziedzina badań, która zwykle koncentruje się na modyfikowaniu DNA jako podstawowego kodu genetycznego. To zmodyfikowane DNA wytwarza następnie zmodyfikowane mRNA, które kieruje tworzeniem zmodyfikowanego białka.

Obecna procedura modyfikacyjna pomija DNA i zamiast tego dostarcza po prostu instrukcje dotyczące białka. Wcześniejsze prace przyniosły sukces w dostarczaniu innej formy RNA — zwanej krótkim interferującym RNA lub siRNA — ale przesyłanie mRNA przez błonę komórkową jest znacznie większym problemem.

Podczas gdy zarówno siRNA, jak i mRNA ma wiele ładunków ujemnych (tzw. polianionów), mRNA jest znacznie bardziej naładowane ujemnie, a zatem trudniej jest przedrzeć się przez dodatnio naładowaną błonę komórkową.

Naukowcom potrzebna była metoda dostarczania z ładunkiem dodatnim (polikation) do kompleksowania, ochrony i transportu polianionów.

Jednak samo to zapewniłoby tylko, że mRNA przedostanie się przez błonę komórkową. Wewnątrz mRNA musiało odłączyć się od związku transportera, aby stworzyć białka.

Naukowcy podjęli wyzwanie, projektując nową formę biologiczną, którą nazwano uwalnianymi transporterami zmieniającymi ładunek (CART). Za ich pomocą udało się zmodyfikować dorosłe muszy, które po wprowadzeniu genów meduzy, zaczęły wykazywać się bioluminescencją (zjawisko świecenia u żywych organizmów). Jak tłumaczy profesor chemii Paul Wender, współautor badania:

Tym, co odróżnia to podejście polikationowe od innych, które często zawodzą, jest to, że inne metody nie zmieniają polikationów na cokolwiek innego. Natomiast nasza metoda, którą opracowujemy zmienia polikationy w neutralne małe cząsteczki. Ten mechanizm jest naprawdę bezprecedensowy. W ramach ich zmiany z polikationów na polineutralne CARTs ulegają biodegradacji i ostatecznie są wydalane z organizmu.

Niebezpieczeństwo ze strony „mutantów”

Jednakże zabawa genetyką nie zawsze dobrze się kończy, o czym przekonali się naukowcy, odpowiedzialni za zabójcze afrykańskie pszczoły. Te niebezpieczne owady wykazują się dużo większą wytrzymałością oraz odpornością niż „zwykłe” pszczoły i obecnie stanowią zagrożenie dla pozostałych gatunków zapylających.

Podobne ryzyko pojawia się w przypadku roślin uprawnych modyfikowanych genetycznie. Jeśli te organizmy zaczęłyby się rozmnażać bez kontroli człowieka, mogą stać się realnym zagrożeniem dla bioróżnorodności w danym środowisku.

A co z jedzeniem GMO oraz skutkami takiej diety? Tutaj wciąż trwa dyskusja, albowiem na ten moment nie posiadamy żadnych wiarygodnych bądź długoterminowych badań odnośnie skutków konsumpcji organizmów zmodyfikowanych genetycznie. Ciężko jednoznacznie twierdzić czy wpływa to na nasze niezmodyfikowane ciała, czy struktury DNA.

Warto także rozważyć kwestie etyczne inżynierii genetycznej, albowiem tutaj możemy niebezpiecznie przekroczyć granicę, w której zaczniemy modyfikować swój własny gatunek. A skutki tego mogą być opłakane. Albo zbawienne. Dlatego ta dziedzina nauki musi rozwijać się w swoim tempie, bez niepotrzebnego pośpiechu.


Źródła: www.pnas.org, www.cancer.gov
Fotografie: Twitter, Pixabay

Mateusz Zelek

Fan zoologii, paleontologii oraz technologii. W wolnych chwilach zapalony gracz gier wideo, ale nie pogardzi też dobrą książką.

Może Cię zainteresować