Danske forskere optimerer syntese af kunstigt DNA

Videnskabelige nybrud 9. jul 2021 3 min PhD, Professor Kurt Vesterager Gothelf Skrevet af Kristian Sjøgren

Ny dansk opfindelse gør det lettere at opbevare byggestenene til at lave kunstigt DNA. Metoden gør det også muligt at syntetisere typer af DNA, blandt andet til lægemiddelindustrien, som man ikke kan lave i dag.

Interesseret i Videnskabelige nybrud? Vi kan holde dig opdateret helt gratis

COVID-19 har om noget gjort syntese af DNA til et felt i rivende udvikling.

Størstedelen af verdens syntetiske DNA bliver syntetiseret til brug i PCR, der er den teknik, som analyselaboratorier benytter til at verificere en positiv COVID-19-prøve.

Selvom syntetisk DNA i dag bliver benyttet i en lang række sammenhænge fra COVID-19-kontrol til lægemiddelproduktion, er syntesen dog ikke perfekt.

Blandt andet har de ingredienser, som benyttes i de maskiner, der laver syntetisk DNA, begrænset holdbarhedstid, ligesom der er begrænsninger for, hvilke former for eksperimentelt DNA der kan laves med de nuværende metoder.

Alt det kan danske forskere dog feje af bordet med én enkelt håndbevægelse. De danske forskere har nemlig opfundet en måde til først at lave de ustabile byggesten, umiddelbart lige inden de skal bruges i DNA-syntesen. Det er endda muligt for forskerne at klistre forskellige nye typer molekyler på byggestenene, så de kan gøre ting, som ellers ikke er mulige.

”Det største problem med byggesten til DNA-syntese er, at de bliver nedbrudt af primært fugten i luften. Det er både omkostningsfuldt og et problem for de maskiner, der skal syntetisere DNA. Derfor er det et vigtigt fremskridt, at vi nu har udviklet en måde at lave de ustabile byggesten, lige før de skal bruges,” fortæller en af forskerne bag det nye studie, professor Kurt Gothelf fra Interdisciplinary Nanoscience Center (iNANO) ved Aarhus Universitet.

Forskningen er offentliggjort i Nature Communications.

Nuværende syntesebyggesten er ustabile

DNA består i store træk af forskellige baser (A, T, G og C), der bliver klistret på en rygrad af sukker- og fosformolekyler.

Når forskere skal syntetisere kunstigt DNA, designer de DNA’et på en computer, hvorefter de lader en syntesemaskine sammensætte DNA’et ud fra ”opskriften” og byggesten i form af fosforamiditter.

Fosforamiditter har dog det problem, at de er ustabile og går i stykker, når de kommer i forbindelse med luftens fugt.

Deres ustabile natur gør det også svært at sætte forskellige molekyler på DNA’et, for eksempel farvestoffer eller lignende, som kan være interessant i en sporingssammenhæng.

Inden for lægemiddelindustrien kan det også være interessant at sætte forskellige molekyler på DNA’et, da de små stykker arvemateriale dermed kan udøve nye og sundhedsgavnlige funktioner i kroppen. Men det er heller ikke muligt, som teknologien er i dag.

Som sagt er syntese af DNA en imponerende teknologisk bedrift, men der er stadig bump på vejen.

Ustabile byggesten gjort stabile

I Kurt Gothelfs forskningsgruppe har forskerne adresseret problemet med de ustabile fosforamiditter ved at udvikle et system, der kan lave fosforamiditterne i realtid.

Det vil sige, at forskerne benytter stabile kemiske stoffer (nukleosider), der bliver omdannet til fosforamiditter, når forskerne kører nukleosiderne gennem en såkaldt søjle.

Nukleosiderne er i sig selv stabile, og omdannelsen til fosforamiditter er hurtig, præcis og kan gøres på stedet, lige inden fosforamiditterne skal benyttes i syntesemaskinen.

Normalt, når forskere skal lave fosforamiditter, tager processen i omegnen af 12 timer, men den teknik, som de danske forskere har udviklet, bringer tiden ned på 20 minutter.

”Planen er nu, at vi vil udvikle en kobling direkte mellem vores teknik og syntesemaskinerne, så man ikke længere skal fylde skrøbelige fosforamiditter på syntesemaskinerne, men i stedet kan benytte nukleosider direkte. Det er en revolution inden for syntese af DNA, som også bringer de byggesten, som vi bruger i syntesemaskinerne, tættere på naturlige byggesten,” forklarer Kurt Gothelf.

Kan lave nye former for medicin

De danske forskere har allerede patenteret deres opfindelse og undersøger lige nu muligheden for at kommercialisere den i samarbejde med potentielle samarbejdspartnere.

Kurt Gothelf fortæller, at der er et stort potentiale i form af både besparelse ved syntese af DNA, men også i forhold til at kunne syntetisere nye former for DNA, som man ikke kan syntetisere på syntesemaskiner i dag.

90 pct. af alt syntetisk DNA bliver i dag brugt i forbindelse med PCR, men i de seneste år er der kommet flere og flere DNA-baserede lægemidler på markedet, og de er også ofte syntetiseret ved hjælp af syntesemaskiner.

I fremtiden vil der formentlig være et endnu større behov for DNA-baserede lægemidler, som skal kunne mere, end hvad DNA-baserede lægemidler kan i dag.

”Med vores teknologi kan man nogle ting, som man ikke kan i dag. Blandt andet kan det være interessant at indsætte et molekylært håndtag i form af et azid i DNA-baserede lægemidler, fordi disse håndtag for eksempel kan bruges til at indsætte stoffer, der kan bekæmpe kræft. Normalt kan man ikke inkorporere molekylære håndtag i sin syntese, fordi de når at blive nedbrudt, inden DNA’et bliver syntetiseret. Men ved vores metode går tingene så stærkt, at vi kan benytte molekyler i vores syntese, som man ikke kan benytte i dag. Det er det andet store perspektiv i vores opfindelse,” siger Kurt Gothelf.

On-demand synthesis of phosphoramidites” er udgivet i Nature Communications. Kurt Gothelf modtog i 2017 en Novo Nordisk Foundation Challenge Programme-bevilling til projektet ”Center for Multifunctional Biomolecular Drug Design (CEMBID)”.

Kurt Gothelf’s research is founded upon organic chemistry and branches out into DNA nanotechnology, bioconjugation, nucleic acid chemistry, medicinal...

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020