International forskergruppe med dansk deltagelse har skabt nogle revolutionerende proteiner, der kan kopiere kunstigt arvemateriale – det såkaldte XNA (Xeno-Nucleic Acids).
Opdagelsen åbner op for, at læger i fremtiden kan behandle sygdomme med XNA, hvor det kunstige arvemateriale griber ind og bremser essentielle processer i et sygdomsforløb. I princippet er det alle sygdomme, der kan behandles på denne måde.
Resultatet af den opsigtsvækkende forskning er opnået med dansk bidrag og er offentliggjort i det meget velansete videnskabelige tidsskrift Science.
»Vores forskningssamarbejde på tværs af laboratorier i flere lande har ledt til en epokegørende udvikling inden for den potentielle brug af kunstigt arvemateriale i forskellige sammenhænge. Det er et kvanteskridt fremad, som åbner op for et helt nyt forskningsfelt, hvor XNA blandt andet kan bruges som medicin,« fortæller professor ved Nukleinsyrecenteret på Syddansk Universitet, Jesper Wengel, der har stået for det danske bidrag til forskningen.
Sådan laves kunstigt DNA
De seneste 20 år har forskere været i stand til at skabe XNA.
XNA er syntetiseret, så det i store træk ligner naturens egen opfindelse – DNA, men byggestenene, de såkaldte nukleotider, er skiftet ud med kemisk modificerede byggesten i XNA.
De nye resultater med XNA viser, at DNA blot er én ud af mange mulige måder at lagre genetisk information på. Udviklingen af de nye proteiner, der kan kopiere XNA på samme måde som DNA kopieres i naturen, viser at arvelighed og evolution ej heller er eksklusivt for DNA.
Opdagelsen fører mange interessante perspektiver med sig.
»På SDU er vi blandt verdens førende til at ændre på strukturerne i syntetiseret XNA. Til gengæld er en af vores samarbejdspartnere rigtigt gode til at ændre på enzymer, der omdanner DNA i naturen, så enzymerne nu kan arbejde på kunstigt arvemateriale. På den måde har vi skabt muligheden for fremskridt hen imod en biologisk parallelstruktur til naturen, som man vil kunne lave forsøg i og drage fordele af« forklarer Jesper Wengel
Parallelstrukturen har mange spændende anvendelsesmuligheder. Blandt andet forestiller forskerne sig, at de kan lave forsøg med syntetisk biologi i parallelstrukturerne – eksempelvis genetiske eksperimenter.
Skulle et forsøg gå galt, og det syntetiske biologi slipper ud i naturen, så er det ikke overlevelsesdygtigt, hvis biologien er baseret på XNA. Årsagen er, at naturen ikke kan levere de kemisk modificerede nukleotider, som XNA-proteinerne skal bruge til at kopiere et brugbart XNA.
XNA skal bruges som medicin
\ Fakta
DNA og evolution Kroppens genetiske information ligger lagret i cellernes DNA. Informationen kan, når der er behov for det, afkodes af specifikke cellulære mekanismer, der omsætter den genetiske kode til proteiner. Ved celledeling kopieres DNA. Det sker ved, at proteiner deler den to-strengede DNA i to og efterfølgende laver en kopi af hver del. På den måde danner kroppen to nye kopier af den oprindelige DNA-streng. Når DNA bliver kopieret, sker der en gang imellem små fejl, som bliver indbygget i de nye DNA-strenge. Fejlene kan være placeret i nogle vigtige gener og ændre på deres funktion. Tit er det skadelige fejl, som filtreres fra ved naturlig selektion, men en gang imellem gør fejlene generne bedre. Hvis fejlene gør generne bedre, vil man typisk kalde det for evolution. XNA kan udvikle sig ved evolution på samme måde.
Jesper Wengel tror også, at fremtidens medicin kan baseres på XNA-teknologi. Han arbejder selv på at udvikle lægemidler af XNA, der med hjælp fra de nye proteiner kan udvikles igennem såkaldt molekylær evolution til et sygdomsbekæmpende præparat.
Specifikt arbejder han på at designe lægemidler, hvor en sygdom angribes i et molekyle, der er nødvendigt for, at sygdommen kan forløbe – eksempelvis et protein.
Sygdomsproteinet angribes først i laboratorieforsøg med milliarder af forskellige små fragmenter af XNA. Blandt XNA-fragmenterne vil der være stykker, hvis biokemiske struktur gør, at de kan binde sig til de sygdomsproteinerne.
Efter XNA-fragmenterne har bundet sig til de essentielle proteiner, benyttes det nyudviklede protein til at opformere netop de stykker XNA, som er særligt effektive til at binde til sygdomsforløbets proteiner. Processen køres igennem omkring ti gange, indtil man finder netop dét stykke XNA, der binder bedst.
Det sidste tilbageværende stykke XNA vil binde så stærkt til sygdomsforløbets proteiner, at sygdommen ikke kan udvikle sig. XNA-fragmentet produceres efterfølgende i stor skala i et kemisk laboratorium og gives til patienter som medicin.
Evolution skaber medicinen
I sin enkelthed svarer det til, at forskerne kan lade XNA tilpasse sig til en sygdom på samme måde, som evolutionen sørger for at tilpasse DNA til forskellige formål. Med andre ord: Evolutionær medicin.
»Det gode ved at bruge XNA er, at der i XNA kan laves strukturer, som ikke findes i DNA, og som har potentialet til at binde til alle typer proteiner, der er essentielle for sygdomsforløb og derved kurere alle sygdomme. Samtidig vil mange DNA-stykker blive nedbrudt af kroppen, inden de når at virke som medicin. Det gør XNA ikke. XNA kan designes til, at kroppen ikke kan nedbryde det.
Det er en tilgang til udvikling af medicin, der er helt ny og kun kan lade sige gøre på grund af de nye proteiner til at opformere XNA,« siger Jesper Wengel.
XNA kan også give brændstof
Jesper Wengel håber på, at XNA-baseret medicin kan udvikles og komme på markedet om cirka 10 år.
Desuden ser han en stor fremtid for prallelbiologi med XNA. Her forestiller han sig, at man vil kunne lave brændstoffer og andre nyttige produkter ved at konstruere encellede organismer baseret på XNA.
De encellede organismer kan konstrueres, så de kan omdanne eksempelvis vand, CO2 og sollys til brændstof.
