torstai 31. tammikuuta 2013

Ensimmäinen evoluution tuottama keinotekoinen entsyymi


Minnesotan yliopistossa on luotu ensimmäistä kertaa keinotekoinen entsyymi käyttämällä suunnattua evoluutiota.


Professorit Burckhard Seelig ja Gianluigi Veglia, sekä jatko-opiskelija Fa-An Chao yhdessä työryhmänsä loivat Seeligin laboratoriossa uuden entsyymin suunnatulla evoluutiolla. Seelig uskoo entsyymin muistuttavan varhaisella Maapallolla olleita entsyymejä, kun elämä alkoi kehittyä.

Testit osoittavat, että entsyymi (RNA ligaasi, joka yhdistää kaksi RNA-molekyyliä) toimii kuten luonnon entsyymi, vaikka se on hyvin erinäköinen ja paljon huterampi.

Maailmalla pieni joukko keinotekoisia entsyymejä kehittäviä tutkimusryhmiä käyttää älykästä suunnittelua (rational design) ja tietokoneita proteiinien rakentamiseen. Mutta Seeligin laboratorio käyttää suunnattua evoluutiota. "Tietojeni mukaan meidän entsyymimme on ainoa kokonaan koeputkessa tuotettu keinotekoinen entsyymi, joka on syntynyt luonnonvalinnan ja evoluution periaatteiden mukaisesti," Seelig sanoo.

Älykäs entsyymisuunnittelu perustuu ennakkotietoon entsyymin ulkonäöstä ja toiminnasta. Sen sijaan, ohjatussa evoluutiossa valmistetaan suuri joukko proto-proteiineja, joista valitaan parhaimmin halutun toiminnon toteuttavat uuden proteiinisukupolven raaka-aineiksi ja uudelle valintakierrokselle. Prosessia jatketaan, kunnes entsyymi on kehittynyt niin pitkälle, että haluttu toiminto saavutetaan. Tällöin lopputulosta ei rajoita entsyymin ennakoitu rakenne.

"Aivan kuten luonnossa, niin jokaisesta sukupolvesta vain kelpoisimmat jäävät henkiin," hän selittää. Tässä tapauksessa (kelpoisin) uusi entsyymi liittää yhteen kaksi RNA-molekyyliä.

"Se on vähän sama asia, kuin kirjoituskoneiden antaminen apinoille," Seelig kertoo. "Yksi apina ja yksi kirjoituskone ei tuota mitään älykästä. Mutta kun apinoita ja kirjoituskoneita on tarpeeksi, niin lopulta joku niistä kirjoittaa "ollako vai eikö olla". Arpajaiset tarjoavat toisen analogian. "Ostamalla paljon arpoja voit lisätä voittamisen todennäköisyyttä."

Kuten kaikki proteiinit, niin uusi RNA-ligaasikin koostuu aminohappoketjusta, joka on laskostunut kolmiulotteiseen muotoon. Mutta siihen yhtäläisyydet loppuvatkin. Luonnon entsyymit - ja kaikki proteiinit - on valmistettu α-kierteistä ja β-laskoksista. Seeligin entsyymissä noita rakenteita ei ole. Niiden sijaan se rakentuu kahden metalli-ionin ympärille ja se on hyvin hutera. "Keinotekoisella entsyymillä on hyvin epätavallinen rakenne ja käyttäytyminen," Seelig sanoo.

Seelig aikoo luoda entsyymejä hyötykäyttöön, sekä jatkaa entsyymien perustutkimusta päämääränä oppia ymmärtämään paremmin niiden alkuperää ja sitä kuinka ne kehittyvät.

"Entsyymit ovat aina kiehtoneet minua. On hyvin antoisaa tehdä käytännönläheistä työtä, joka tarjoaa mahdollisuuden ymmärtää paremmin, kuinka elämä syntyi," Seelig toteaa lopuksi.

Professori Seeligin mukaan suunnattu evoluutio on analoginen biologisen evoluution kanssa. Evoluutio ei kuitenkaan tiedä etukäteen, millainen toiminto entsyymiltä vaaditaan. Seelig tiesi. Sen perusteella hän osasi valita oikeat entsyymit "jatkamaan sukua". Biologinen evoluutio on sattumaan perustuva prosessi ja se etenee satunnaiseen suuntaan.

Karvakuonon arvoitus: Purkaa kaikki Seeligin kirjoituskoneet osiin ja anna osat apinoille. Millä todennäköisyydellä maailmankaikkeuden kehitysopillisen iän aikana apinat saavat aikaan tekstin "me ei olla apinoita"?

Seeligin tutkimusryhmän työ on esimerkki älykkäästä suunnittelusta, eikä analogia biologisen evoluution kanssa.

On myös mielenkiintoista, että kun uutistekstissä puhutaan älykkäästä suunnittelusta, niin siinä käytetään muotoa "rational design". Tämä johtuu ilmeisimmin siitä, että paljon luontevampi muoto "intelligent design" viittaa käsitteeseen, josta yliopistopiireissä ei saa puhua. Eli mikäli haluat olla "good fellow", niin älä koskaan missään yhteydessä käytä sanoja "intelligent design".

Kunhan professori Seelig on aikansa soveltanut älykästä suunnittelua entsyymien luomiseksi, niin mahtaakohan hän vihdoin oivaltaa sen, kuinka elämä syntyi?


Lähde:

http://www1.umn.edu/news/news-releases/2013/UR_CONTENT_429344.html


Ei kommentteja:

Lähetä kommentti