ქსენობიოლოგია – “უცხობიოლოგია”

ქსენობიოლოგია (“უცხობიოლოგია”, Xenobiology, XB) სინთეზური ბიოლოგიისქვემიმართულებაა, რომელიც სწავლობს სიცოცხლის ისეთ ფორმებს, რომლებსაც განსხვავებული მოლეკულური საფუძვლები გააჩნიათ. ბერძნულიდან ქსენო ითარგმნება როგორც “უცხო”, “სტუმარი”. ქსენობიოლოგია შეისწავლის სიცოცხლის ისეთ ფორმებს, რომლებიც არ არსებობენ (ჯერ) და არ არიან ნაპოვნი ბუნებაში. მაგ: ქსენობიოლოგია სწავლობს ხელოვნურ ბიოლოგიურ სისტემებს და მათ ბიოქიმიას. ეს ხელოვნური სისტემები განსხვავდებიან ჩვეულებრივი სიცოცხლის ფორმებისაგან, რომლებიც იყენებენ დნმ-რნმ-20 ამინომჟავა სისტემას. დნმ_ს და რნმ_ს ნაცვლად XB შეისწავლის ნუკლეინის მჟავების ანალოგებს (Xeno Nucleic Acid, XNA), როგორც ინფორმაციის მატარებელ მოლეკულებს. მიმართულების კვლევის საგანია ასევე გაფართოებული გენეტიკური კოდი (expanded genetic code) და არაპროტეინოგენული ამინომჟავების ჩართვა ცილის მოლეკულაში.

awesome-avatar-movie-hd-wallpapers-widescreen-background-avatar-photos-free-download

ქსენობიოლოგია არ უნდა აგვერიოს ასტრო- და ეგზობიოლოგიაში. ეს უკანასკნელნი შეისწავლიან ბუნერბივად განვითარებულ ჰიპოთეტურ სიცოცხლეს კოსმოსში, ძირითადად სხვა პლანეტებზე Goldilocks ზონებში. ასტრობიოლოგია ასევე სწავლობს პლანეტა დედამიწის ცოცხალ სამყაროსაც. ასტრობიოლოგიისგან განსხვავებით, ქსენობიოლოგი ცდილობს შექმნას სიცოცხლის ისეთი ფორმები, რომლებიც არსებულისგან განსხვავდებიან თავიანთი ბიოქიმიითა თუ გენეტიკური კოდით.

ქსენობიოლოგიის მიზნებს წარმოადგენს:
1. ქსენობიოლოგიას, როგორც ექსპერიმენტულ მეცნიერებას შეუძლია სინათლე მოფინოს ისეთ საინტერესოსა და ჯერ კიდევ ბუნდოვან თემას, როგორიცაა სიცოცხლის წარმოშობა. სიცოცხლის წარმოშობის ასახსნელად და უკეთესად გასაგებად მნიშვნელოვანია ვიცოდეთ თუ რატომ იყენებენ დღევანდელი ორგანიზმები სწორედ დნმ-რნმ-ცილის სისტემას; თუ რატომ არის გენეტიკური კოდი უნივერსალური და ასევე, რატომ იყენებს უჯრედი მხოლოდ D ფორმის ამინომჟავებს ცილისთვის… იყო ეს ყოველივე ევოლუციური შემთხვევითობა თუ არსებობდნენ სიცოცხლის სხვა ფორმებიც, რომლებიც “კლასიკურ” სიცოცხლესთან ევოლუციურ ჭიდილში გადაშენდნენ? ალტერნატიულ “პირველად ბულიონებზე” (სიცოცხლის წარმოშობის პირველადი, ჰიპოთეტური კერა) ჩატარებული ექსპერიმენტები საშუალებას მოგვცემენ უკეთ გავიგოთ პასუხები ზემოთ დასმულ და კიდევ უამრავ უაღრესად საინტერესო კითხვებზე.
2. ქსენობიოლოგიას შეუძლია შექმნას სხვადასხვა ინდუსტრიული პროდუქტები, მაგ: ბიოპოლიმერები. ყველა ცოცხალში გენეტიკური კოდში შენახულია ინფორმაცია 20 კანონიკური ამინომჟავას შესახებ. სწორედ ეს ამინომჟავები შედიან ცილების შემადგენლობაში. იშვიათ შემთხვევებში ცილების შემადგენლობაში ერთვება სპეციალური ამინომჟავები: სელენოცისტეინი, პიზოლიზინი ან ფორმილმეთიონინი (selenocysteine, pyrrolysine, formylmethionine). ბიოქიმიისთვის ცნობილია 700მდე ამინომჟავა. ამ ამინომჟავების კომბინაციით შესაძლებელია შეიქმნას ცილის მოლეკულები სხვადასხვა ფუნქციით, მათ შორის ეფექტური და ჯერარნახული კატალიზური თვისებებით. მაგ: METACODE ცდილობს მოახდინოს metathesis (სასარგებლო კატალიზური რეაქცია, რომელიც ცოცხალ სისტემაში ნანახი არ არის) ინკორპორირება ბაქტერიულ უჯრედში. ერთ-ერთი მიზეზი, რითაც ქსენობიოლოგიას შეუძლია გააუმჯობესოს წარმოების პროცესი ის არის, რომ იგი შეამცირებს უჯრედეების ვირუსებითა და ბაქტერიებით დაბინძურების რისკს – XB-უჯრედები იქნებიან რეზისტენტულები მათ მიმართ. (მიდგომას ეწოდება semantic containment)
3. XB გვთავაზობს “გენეტიკური თავდაცვის” (genetic firewall) სისტემას, რომლის საშუალებითაც არსებული ბიოდაცვის სისტემები უფრო გაძლიერდება და გამრავალფეროვნდება.

XB სისტემები არსებულისგან შესაძლოა განსხვავდებოდეს შემდეგით:
– გენეტიკური ინფორმაცია შესაძლოა შეინახოს XNA_ში;
– ცილების შემადგენლობაში შეგხვდეს არაპროტეინოგენული ამინომჟავები;
– ასევე შესაძლოა მოხდეს გენეტიკური კოდის განვრცობა და ახალი კოდის შემუშავებაც კი.

Xeno ნუკლეინის მჟავები (XNA):

დნმ_ს ალტერნატიული ფორმების ძიების  დაწყება  წარმოშვა კითხვამ თუ როგორ განვითარდა  სიცოცხლე დედამიწაზე და რატომ იქნა ევოლუციის  პროცესში დნმ და რნმ არჩეული სხვა ნუკლეინის  მჟავების ფონზე. მრავალი ექსპერიმენტი არის  ჩატარებული და ასევე მრავალი XNA არის  მიღებული,  მათ შორის: HNA (hexose nucleic acid),  TNA (threose  nucleic acid), GNA (glycol nucleic acid),  CeNA  (cyclohexenyl nucleic acid). 2003 წელს  მოახერხეს XNA_ს  პლაზმიდში ჩაშენებინათ. XNA  შეიცავდა 3 HNA  კოდონს. ექსპერიმენტი ტარდებოდა  ბაქტერია E. coli_ზე  და XNA გამოიყენებოდა როგორც მატრიცა, დნმ_ს  სინთეზისათვის. HNA და CeNA უჯრედი იყენებდა როგორც მატრიცას დნმ სინთეზისთვის, ხოლო GNA_ს კი აღიქვამდა უცხოდ და მასზე დნმ სინთეზი არ ხდებოდა.

გენეტიკური “ანი-ბანის” განვრცობა:
მოგეხსენებათ, დნმ_ის მშენებარე აგურს წარმოადგენს 4 ნუკლეოტიდი: ადენინი (A), გუანინი (G), ციტოზინი (C) და თიმინი (T). მეცნიერებმა კი შექმნეს დნმ, რომელიც გარდა ამ აგურებისა შეიცავდა სხვა აგურებსაც. მაგ: დნმ, რომელიც შეიცავდა 6 ფუძეს: ოთხ კლასიკურ ნუკლეოტიდს და ორ ახალს: P და Z. სამოც კანდიდატ ფუძეს შორის მიმდინარეობდა შერჩევა და მხოლოდ P და Z ნუკლეოტიდებს გაუმართლათ.
გავიხსენოთ რომ, დნმ_ის მოლეკულაში ერთმანეთს უკავშირდებიან და ნუკლეოტიდურ წყვილებს ქმნიან ადენინ-თიმინი (A-T) და გუანინი-ციტოზინი (G-C). 2002 წელს Hirao_მ შექმნა ორი ნუკლეოტიდური წყვილი 2-ამინო-8-(2-თიენილ)პურინსა (s) და პირიდინ-2_ს (y) შორის. s-y წყვილი ფუნქციური გახლდათ in vitro სისტემაში ტრანსკრიპციისა და ტრანსლაციის დროს და ცილის სინთეზი მიმდინარეობდა არასტანდარტული ამინომჟავებით. 2006 წელს, მათვე შექმნეს მესამე ნუკლეოტიდური წყვილი (Ds-Pa), რომელიც ასევე ფუნქციური გახლდათ ტრანსკრიპციისა და ტრანსლაციის დროს. ასევე, Ds და Px ნუკლეოტიდურმა წყვილმა პოლიმერაზას ჯაჭვური რეაქციის დროს (PCR) გამოავლინა მაღალი სიზუსტე. 2013 წელს მათ შექმნეს Ds-Px შემცველი აპტამერები და ასეთ პტამერებს გაცილებით მაღალი აფინურობა (თვისობა, უნარი შეიცნოს ერთმა მოლეკულამ მეორე) გააჩნდათ სამიზნე ცილების მიმართ.
(P _ 2-Amino-8-(1-beta-D-2′-deoxyribofuranosyl)imidazo[1,2-a]-1,3,5-triazin-4 (8H);
Z _ 6-Amino-5-nitro3-(l’-p-D-2′-deoxyribofuranosyl)-2(1H)-pyridone;
s _ 2-amino-8-(2-thienyl)purine;
y _ pyridine-2-one;
Ds _ 7-(2-thienyl)imidazo[4,5-b]pyridine;
Pa _ pyrrole-2-carbaldehyde;
Px _ 4-[3-(6-aminohexanamido)-1-propynyl]-2-nitropyrrole).

ახალი პოლიმერაზები:
ბუნებრივია, რომ უცხო დნმ_ს შეცნობა არ ხდება უჯრედის პოლიმერაზებით. შესაბამისად, ერთ-ერთი მთავარი გამოწვევაა შეიქმნას ისეთი ფერმენტები, რომლებიც მოახდენენ XNA_ს შეცნობასა და კატალიზს. მაგ: ადამიანის იმუნოდეფიციტის ვირუსის (HIV) მოდიფიცირებულმა რევერსტრანსკრიპტაზამ – იგივე უკუტრანსკრიპტაზა – შეძლო PCR-ამპლიფიკაცია დნმ_ს, რომელიც შეიცავდა არაკლასიკურ ნუკლეოტიდურ წყვილს.

წყარო: http://en.wikipedia.org/wiki/Xenobiology
დამატებითი ლინკი: www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2909387/

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s