Valter, Irma2019. július 16., kedd
Tudomány

Irányított evolúciós folyamatok

2018.10.05.Erdélyi Ilona
National Geographic Magyarország

Az evolúciós folyamat nemcsak élőlényekben mehet végbe, hanem akár kutatók által irányított módon úgy is, hogy kiragadják egy élőlény génjét és irányított evolúciónak vetik alá.

Hibajavítás a DNS szakaszán
Fotó: Profimedia

Ez az alapja az irányított fehérjeevolúciónak – magyarázta Pál Gábor, az ELTE Biokémia Tanszékének professzora annak kapcsán, hogy ilyen eljárásokért ítélték oda a 2018-as kémiai Nobel-díjat Frances H. Arnold és George P. Smith amerikai, valamint Gregory P. Winter brit tudósnak.

A Svéd Királyi Tudományos Akadémia indoklása szerint a három tudós az evolúció mechanizmusát felhasználva ért el úttörő eredményeket kutatásaiban, amelyek gyakorlati haszna ma már a gyógyszergyártáson át az üzemanyag-előállításig megfigyelhető.

A biológiai evolúció alapja az élőlények örökletes tulajdonságait kódoló DNS generációról generációra történő apró megváltozása. Ennek révén nagyon lassan megváltozik minden faj DNS-ben kódolt biológiai információja, az élőlények lassan átalakulnak, „hozzáidomulnak” változó környezetükhöz. Az információ megváltozása részben a DNS-ben kódolt fehérjék megváltozását jelenti – magyarázta az MTI-nek Pál Gábor.

Mintegy 30 éve jutottak arra a gondolatra, hogy ez az evolúciós folyamat nemcsak élőlényekben mehet végbe, hanem akár élőlényekből kiemelt gének közvetlen, kutatók általi megváltoztatásával is megvalósítható. Ez vezetett az irányított fehérjeevolúció létrehozásához – mondta Pál Gábor. Hozzátette: George P. Smith volt az, aki az irányított fehérjeevolúció koncepcióját és a legelterjedtebb technológiáját megalkotta. Ez a fág-bemutatásnak nevezett eljárás, amelyben egy bakteriofágot (baktériumot fertőzni képes vírust) használnak új fehérjék kifejlesztésére.

A professzor szerint George P. Smith ötletének zsenialitása abban állt, hogy rájött, hogyan lehet egy fehérje génjét és az általa kódolt fehérjét fizikailag összekapcsolni egy vírusrészecske által. A vizsgálni kívánt fehérje génjét Smith egy vírus burokfehérje génjéhez kapcsolta. Amikor ezt a módosított vírus DNS-t baktériumokba juttatta, a fertőzött sejt olyan vírusokat termelt, amelyek a felszínükön megjelenítették a vizsgálandó fehérjét, miközben belsejükben hordozták annak génjét. Ez volt a belépő az első irányított fehérjeevolúciós eljárás megalkotásához.

A következő lépésként a tudós előállította egy adott fehérjegén többmilliárd eltérő változatát. „Ha létrejön egy ilyen DNS-könyvtár és ezt bejuttatjuk baktériumsejtekbe úgy, hogy minden sejt csak egyetlen DNS molekulát fogadjon be, akkor a baktériumsejtek a DNS-információ alapján többmilliárd különböző fehérjevariánst fognak előállítani úgy, hogy mindegyik variáns a saját génjéhez lesz kötve a vírusrészecske által. Ez az irányított fehérjeevolúció kulcsmotívuma – magyarázta Pál Gábor.
„Ezek után általunk irányított módon valamilyen fehérjetulajdonságra szelektálunk és kiválogatjuk az adott tulajdonsággal rendelkező variánsok csoportját” – mondta, hozzátéve, hogy a szelekciót többször egymás után el lehet végezni.

A professzor szerint ennek számos haszna van. Ha a fehérje eredeti funkciója alapján szelektálunk, akkor nagyon gyorsan fel tudjuk tárni, hogy a fehérje mely részei látják el az adott funkciót: ezek lesznek azok, amik megőrződnek egy ilyen vizsgálatban. Így megérthetjük, hogy a fehérjék miként működnek. Másrészt, ha új funkciókra szelektálunk, akkor olyan fehérjéket hozhatunk létre, amik a természetben nem léteznek. Így bármelyik természetes fehérje ellen evolválhatunk (kifejleszthetünk) szelektíven csak ahhoz kötődő és azt gátló fehérjéket. Így minden fehérje esetében feltárható, hogy mi annak a fő biológiai feladata. Márpedig a biológiai folyamatok mindegyike fehérjék kölcsönhatásán alapul.
A legtöbb betegség mögött kóros fehérje-fehérje kölcsönhatások állnak. A legígéretesebb terápiás út az ilyen kölcsönhatások kialakulásának megakadályozása az adott célra kifejlesztett kötőfehérjékkel. Jelenleg a legmodernebb gyógyszerek a terápiás monoklonális ellenanyagok, amelyek egy-egy olyan fehérje-fehérje kölcsönhatást tudnak megakadályozni, amelyek kulcsszerepet játszanak valamilyen daganatos vagy autoimmun betegségben.

A brit Gregory P. Winter az evolúciós technológiát az ellenanyagokra alkalmazta. Munkássága nyomán lehetővé vált az élő szervezeten kívüli, célzott ellenanyag-fejlesztés. Ezzel a megoldással olyan, az emberi ellenanyagoktól megkülönböztethetetlen felépítésű fehérjék hozhatók létre, amelyek szinte bármilyen, akár a természetből nem ismert kötőtulajdonsággal rendelkezhetnek. Jelenleg a hagyományos és az új, irányított evolúciós eljárást egyaránt alkalmazzák monoklonális terápiás ellenanyagok kifejlesztésére, de a modernebb eljárás kezd előtérbe helyeződni.

Frances Arnold az enzimek irányított evolúciójáért részesült az elismerésben. Az enzimek kémiai reakciókat gyorsítanak nagy hatékonysággal és rendkívüli szelektivitással – mutatott rá Pál Gábor. A fág-bemutatás nem bizonyult megfelelő eljárásnak enzimek evolválására. Frances H. Arnold kidolgozta az első működőképes irányított enzim-evolúciós eljárásokat. Ezekkel lehetővé vált olyan kémiai reakciók gyorsítása, amelyekre korábban nem volt hatékony vagy nem is létezett katalizátor. Ennek az áttörésnek a gyakorlati haszna az emberiség számára szinte beláthatatlan horderejű – hangsúlyozta Pál Gábor.

A szintetikus vegyipari eljárások, amelyekkel az anyagokat előállítják, sokszor nagy környezetterheléssel járnak. Az irányított fehérjeevolúció számos ilyen esetben új, környezetbarát lehetőséget biztosíthat. Ilyen például az újfajta üzemanyagok előállítása vagy a mostaninál hatékonyabb gyógyszermolekula-szintézis. A felhasználási területek számának csak az emberi fantázia szabhat korlátokat – magyarázta Pál Gábor.

Hozzászólások

Ilyen volt a legrégebbi ismert liliom

Ilyen volt a legrégebbi ismert liliom

Egy újonnan felfedezett kövület segít megérteni a liliomfélék kialakulását.

Elmarad Indiai történelmi Hold-missziója

Elmarad Indiai történelmi Hold-missziója

Technikai okok miatt elhalasztották India Hold-misszióját, mellyel leszállóegységet akarnak juttatni az égitestre.

Egymás felé száguldó szupermasszív fekete lyukakat találtak

Egymás felé száguldó szupermasszív fekete lyukakat találtak

Olyan szupermasszív fekete lyukakat sikerült azonosítani, amelyek egymással ütközőpályán mozognak.

Napfogyatkozás a chilei óriástávcsövek közelében

Napfogyatkozás a chilei óriástávcsövek közelében

Égi jelenség megfigyelésére és a csillagászati obszervatóriumok működésének tanulmányozásra Dél-Amerikában járt, szakmai úton Szabó Róbert csillagász.

Pokémonok az agyban

Pokémonok az agyban

Egy új tanulmány szerint a Pokémon videójátékok szerelmeseinek agyában elkülöníthető egy specializált kérgi terület, amely a Pokémonokat kódolja.

National Geographic 2019. júliusi címlap

Előfizetés

A nyomtatott magazinra,
12 hónapra

8 220 Ft

Korábbi számok

National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlap

Hírlevél feliratkozás

Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

Kövess minket