Dříve se soudilo, že molekula DNA funguje především jako nosič genetické informace, ovšem nyní již víme, že DNA může také katalyzovat chemické reakce a fungovat jako enzym. Ačkoli v přírodě DNA enzymy (tzv. deoxyribozymy) identifikovány dosud nebyly, v laboratoři je možné takové molekuly DNA s pomocí umělé evoluce připravit.
Skupina Edwarda Curtise z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR nyní publikovala v časopise Angewandte Chemie článek (s Kateřinou Švehlovou jako první autorkou), v němž popsala objev svítící molekuly DNA právě s využitím metod umělé evoluce.
Vědci připravili obrovskou knihovnu 1016, deseti biliard, náhodných sekvencí jednovláknových molekul DNA, což je zhruba desetinásobek odhadovaného počtu mravenců na Zemi. Jejich cílem bylo objevit mezi nimi takové, které by umožnily DNA fungovat jako deoxyribozym produkující světlo. Po několika kolech umělé evoluce se jim takovou extrémně vzácnou sekvenci opravdu podařilo najít. Molekulu DNA, která je schopna emitovat záblesk modrého světla, nazvali Supernova.
Výzkumníci následně upravili nalezenou sekvenci a vytvořili programovatelnou verzi Supernovy, která je katalyticky aktivní pouze v přítomnosti jiné sekvence DNA, tzv. oligonukleotidu. Tím ukázali, že produkci světla je teoreticky možné navázat i na přítomnost jakékoli jiné malé molekuly či proteinu. V principu je tak možné využít tento postup pro detekci různých typů biologicky zajímavých molekul a Supernovu využívat jako senzor v diagnostice různých onemocnění či ve vysokokapacitním robotickém testování vzorků. Výhodou také je, že chemická reakce vedoucí k produkci světla probíhá v roztoku a nevyžaduje komplikované promývání či biochemické čištění vzorku, jak je tomu často u jiných metod, což dále usnadňuje její laboratorní využití.
Vývoj nových senzorů využívajících Supernovu může navíc usnadnit metoda urychlující objevování nových deoxyribozymů, kterou tým Edwarda Curtise nedávno vyvinul. Výzkumníkům se s její pomoci podařilo najít deoxyribozym schopný katalyzovat štěpení RNA pěttisíckrát rychleji, než jak tomu je bez přítomnosti enzymu. Metodu lze tak využít pro optimalizaci různých již identifikovaných funkčních molekul DNA či RNA a pro vývoj variant Supernovy detekujících další zajímavé molekuly či proteiny.
Tyto objevy dokládají velký potenciál metod umělé evoluce při objevování nových funkčních molekul DNA a rozšiřování knihovny dostupných molekulárních nástrojů.
Původní článek
- Svehlova, K., Lukšan, O., Jakubec, M. and Curtis, E. (2021), Supernova: a deoxyribozyme that catalyzes a chemiluminescent reaction. Angew. Chem. Int. Ed. Accepted Author Manuscript. https://doi.org/10.1002/anie.202109347
