Amerikanske forskere har nådd en ny milepæl i utviklingen av kunstig liv: De har klart å få bakterier med kunstig DNA – to unaturlige baser – til å produsere proteiner.

De «semikunstige» bakteriene kan dermed fungere som en minifabrikk som produserer nye typer proteiner, og det kan utnyttes til utvikling av nye medisiner, påpeker forskerne.

– Et av målene våre er å skape nye legemidler, forteller Floyd Romesberg, som er en av forskerne bak den nye studien som er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature.

Nye byggesteiner til proteiner

Mange legemidler er i dag basert på naturens proteiner. Et eksempel er proteinet insulin, som kan behandle diabetes.

Proteiner er bygget opp av byggesteiner som kalles aminosyrer. I naturen finnes det i alt 20 aminosyrer som kan kombineres for å bygge proteiner.

I den nye studien «fôrer» forskerne bakteriene med en annen type aminosyrer enn de som finnes i naturen. Og de viser at de unaturlige aminosyrene blir tatt opp som byggesteiner i de proteinene bakteriene produserer.

– Vi har nå en semikunstig organisme som kan produsere proteiner med unaturlige aminosyrer. Inntil videre har vi bare demonstrert at aminosyrene kan inkorporeres én av gangen, men laboratoriet arbeider for tiden med å bruke opptil fire av gangen, forklarer Romesberg, som er professor ved avdelingen for kjemi ved The Scripps Research Institute i USA.

Proteinlegemidler er på moten

Forskerne får nå altså helt nye byggesteiner og muligheter til å lage proteiner – og dermed legemidler.

– Proteinbaserte legemidler er allerede viktig, men egenskapene er begrenset av byggesteinene. Og det er en masse funksjonalitet de naturlige aminosyrene ikke har, sier Romesberg, som i 2014 opprettet et firma, Synthorx, som arbeider for å lage proteiner med nye egenskaper til legemidler.

Romesberg og kollegene hans er langt fra de eneste som arbeider med dette problemet. Ved Københavns Universitet har professor Kristian Strømgaard for eksempel arbeidet med en av de samme kunstige aminosyrene som Romesberg bruker.

– Utrolig spennende forskningsfelt

– De nye, syntetiske proteinene er et stort og spennende forskningsfelt. Hittil har vi bare hatt 20 byggesteiner, men i de siste årene har det kommet 50–100 nye. Det er en helt fundamental endring av hvordan man lager proteiner, sier Kristian Strømgaard, som er professor i kjemisk biologi ved Københavns Universitet.

– Det innebærer at vi kan lage nye proteiner med helt andre funksjoner, og det gir nye muligheter innen utvikling av nye legemidler. 

Ifølge Strømgaard er legemidler med kunstige aminosyrer allerede under testing på mennesker. Han nevner for eksempel et firma som er i ferd med å teste legemidler mot brystkreft, hjertestans og infeksjoner hos kveg.

Bakterier fungerer som fabrikker

Når legemiddelindustrien skal produsere proteiner, er det helt normalt å la for eksempel bakterier stå for produksjonen. Bakterienes DNA fungerer som en slags manual som forteller hvilke proteiner bakteriene skal bygge, så ved å gi bakteriene nytt DNA kan man gi instrukser om å danne nye typer av proteiner. For eksempel bruker man genredigerte E. Coli-bakterier til produksjonen av insulin.

I den nye studien har forskerne også redigert arvemassen til E. coli-bakterier. Det spesielle ved studien er imidlertid at bakterienes nye DNA ikke består av de vanlige DNA-byggesteinene.

Normalt er alle DNA-molekyler nemlig bygget opp av i alt fire forskjellige byggesteiner – som kalles baser eller nukleotider. Kombinasjonen av disse fire basene bestemmer om du blir en plante, en hest, et menneske, en bakterie eller en hvilken som helst annen livsform.

Men i den nye studien bruker forskerne to nye baser som ikke finnes i naturen.

– Alt liv på jorda er bygget av fire baser. Men i denne studien her de brukt to til, slik at bakteriene har seks baser. De endrer altså ved en helt sentral del av fundamentet for liv, sier Strømgaard.

Store muligheter

Strømgaard påpeker at det er første gang kunstig DNA er oversatt til proteiner.

– Studien bruker to teknikker som vi kjente fra før. Det nye er at de klarte å kombinere dem. De kan altså få bakterier med unaturlig DNA til å bygge proteiner med unaturlige aminosyrer. Det gir selvfølgelig ganske store muligheter, forklarer Strømgaard.

På kortere sikt arbeider forskerne i første omgang med å lage nye legemidler, og ifølge Floyd Romesberg gjør de «gode fremskritt mot dette målet».

– Det neste målet er å skape proteiner med nye funksjoner, som å ødelegge forurensende stoffer eller giftige molekyler. Eller å kunne gjenkjenne bestemte typer av vev eller celler i kroppen og enten hjelpe dem eller drepe dem, sier Floyd Romesberg.

Vi bygger ny biologi

Romesbergs forskning har allerede skapt oppsikt verden over. Den amerikanske biokjemikeren Andrew Ellington sier for eksempel til avisen Washington Post at «vi er i gang med å lære å bygge levende systemer.»

Professor ved Syddansk Universitet, Steen Rasmussen, er enig i at den nye studien er «en milepæl» i utviklingen av kunstig liv. Det skaper etiske spørsmål, for eksempel hvor langt vi ønsker å strekke mulighetene for å redigere livsformer og verden rundt oss. Du kan lese mer om dette i videnskab.dk-artikkelen Milepæl for kunstig liv: Livets alfabet har blitt utvidet.

Professor Kristian Strømgaard er enig i at den nye studien rommer «utrolige muligheter».

– Men vi må huske på at det tross alt bare er snakk om E. coli-bakterier, som er nokså enkle, sier Kristian Strømgaard.

Referanse:

Yorke Zhang mfl: «A semi-synthetic organism that stores and retriever increased genetic information», Nature, 2017, doi: 10.1038/nature24659 Sammendrag

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.