Kunstig arvemateriale er fremtidens medisin

En internasjonal forskergruppe har skapt proteiner som kan få kunstig arvemateriale til å utvikle seg gjennom evolusjon. Oppdagelsen skal blant annet brukes til å skape en helt ny form for medisin.

Publisert
I fremtiden skal medisiner produseres av kunstig DNA – det såkalte XNA. Slike medisiner kan potensielt kurere alle sykdommer; det kan designes som evolusjonær medisin, som selv finner den beste måten å stoppe en sykdom på. (Foto: Colourbox)
I fremtiden skal medisiner produseres av kunstig DNA – det såkalte XNA. Slike medisiner kan potensielt kurere alle sykdommer; det kan designes som evolusjonær medisin, som selv finner den beste måten å stoppe en sykdom på. (Foto: Colourbox)

DNA og evolusjon:

Kroppens genetiske informasjon ligger lagret i cellenes DNA. Informasjonen kan, når det er behov for det, avkodes av spesifikke mekanismer i cellene som omsetter den genetiske koden til proteiner.

Ved celledeling kopieres DNA-et. Det skjer ved at proteiner deler opp de to strengene i DNA-et og lager en kopi av hver del. På den måten danner kroppen to nye kopier.

Noen ganger skjer små feil som blir innebygget i de nye DNA-strengene. Feilene kan være plassert i viktige gener og endre på funksjonsmåten. Skadelige feil filtreres ofte bort ved naturlig seleksjon, men en gang imellom gjør feilene genene bedre. Da kaller man det for evolusjon.

XNA kan utvikle seg ved evolusjon på samme måte.

En internasjonal forskergruppe har skapt revolusjonerende proteiner som kan kopiere kunstig arvemateriale – det såkalte XNA (Xeno-Nucleic Acids).

XNA kan i fremtiden brukes til å behandle sykdommer ved å bremse grunnleggende prosesser i et sykdomsforløp. I prinsippet kan alle sykdommer behandles på denne måten.

Resultatene er offentliggjort i tidsskriftet Science.

– Forskningssamarbeidet vårt på tvers av laboratorier i flere land har ført til en banebrytende utvikling innenfor potensiell bruk av kunstig arvemateriale. Det er et kvantesprang fremover og åpner et helt nytt forskningsfelt, forteller Jesper Wengel som er professor ved Nukleinsyresenteret på Syddansk Universitet.

Slik lages kunstig DNA

De siste 20 årene har forskere kunnet skape XNA. Det er laget slik at det ligner DNA, men byggesteinene, de såkalte nukleotidene, er kjemisk modifisert.

De nye resultatene viser at DNA bare er én metode for å lagre genetisk informasjon. De nye proteinene kan kopiere XNA på samme måte som DNA kopieres i naturen.

– På Syddansk Universitet er vi blant de ledende i verden når det gjelder å endre på strukturene i syntetisert XNA. En av samarbeidspartnerne våre er veldig flinke til å endre på enzymer som omdanner DNA i naturen, slik at enzymene nå kan arbeide med kunstig arvemateriale. Dermed har vi kommet langt i retning av en parallellstruktur til naturen, slik at vi kan lage alle slags nye eksperimenter, forklarer Wengel. 

Parallellstrukturen har mange spennende bruksmuligheter. Blant annet vil forskerne bruke syntetisk biologi til genetiske eksperimenter.

Skulle et forsøk gå galt, og den syntetiske biologien slipper ut i naturen, så er den ikke overlevelsesdyktig. Det er fordi naturen ikke kan levere de kjemisk modifiserte nukleotidene XNA-proteinene trenger.

Skal brukes som medisin

Jesper Wengel tror framtidens medisin kan baseres på XNA-teknologi. Han arbeider selv med å utvikle legemidler av XNA, som ved hjelp fra de nye proteinene kan utvikles gjennom såkalt molekylær evolusjon.

Han arbeider spesielt med legemidler som angriper et molekyl som en sykdom trenger – for eksempel et protein.

Sykdomsproteinet angripes først i laboratorieforsøk med milliarder av forskjellige små fragmenter av XNA. Blant fragmentene vil det være noen med en struktur som kan binde seg til sykdomsproteinene.

Det nyutviklede proteinet kan brukes til å skape flere av nettopp de fragmentene som binder seg til sykdomsmolekylet. Prosessen gjentas til man finner det fragmentet som fungerer best. Dette fragmentet produseres i stor skala i et kjemisk laboratorium og gis til pasienter som medisin.

Evolusjon skaper medisinen

Det er en forenklet versjon av evolusjonsprosessen i naturen. Med andre ord: evolusjonær medisin.

– Fordelen er at XNA danner strukturer som ikke finnes i DNA, og som kan binde seg til alle typer proteiner. Dessuten vil mange DNA-fragmenter bli brutt av ned kroppen før de rekker å virke som medisin. Det gjør ikke XNA. Stoffet kan designes til at kroppen ikke kan bryte ned det. Alt dette er mulig på grunn av de nye proteinene som kan danne XNA, sier Wengel.

Kan også gi drivstoff

Jesper Wengel håper XNA-basert medisin kan komme på markedet om cirka ti år.

Dessuten ser han en stor framtid for parallellbiologi med XNA. Her forestiller han seg at man vil kunne lage drivstoff og andre nyttige produkter ved å konstruere encellede organismer basert på XNA.

De kan konstrueres slik at de kan omdanne for eksempel vann, CO2 og sollys til drivstoff.

Vitenskapelige kilder

Synthetic Genetic Polymers Capable of Heredity and Evolution, Science, DOI: 10.1126/science.1217622

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