Människan, skapelsens krona, har alltid strävat efter att bemästra allt liv. I sin oändliga fåfänga har hon inte nöjt sig med detta, utan hon vill upphöja sig till Gud genom att skapa nytt liv. Vi ser detta i modern litteratur, såsom Frankenstein och hennes monster. Men idén är inte ny, också gamla myter bevittnar om lusten att skapa och kontrollera liv, såsom berättelsen om golem ur toran. Rabbinen väcker en lerstaty till liv genom att skriva ordet אמת, emet eller sanning, på dess panna. Dagens vetenskapsman har insett att nyckeln till att behärska liv är att förstå DNA. Men vad är DNA och hur fungerar den?
DNA står för deoxiribonukleinsyra, och består av tre olika komponenter: fyra olika baser, ett socker och en fosfatgrupp. Baserna är bundna till sockermolekylerna, som är bundna sinsemellan ihop med fosforbryggor. Man kan tänka sig DNA som en dragkedja: baserna, vilka motsvaras av häktorna, är fästa till sockret och fosfatbryggan, som utgör tyget. Löparen motsvaras av enzymet DNA-polymeras, som öppnar och kopierar dubbelsträngen, bild 1.
Bild 1: DNA-molekylens schematiska uppbyggnad. a) Polymeras, b) fosfatbrygga, c) ribos (socker), d) baspar, e) löpare, f) häktor.
Roten till livets programkod är de fyra olika baserna, vilka bildar två par: adenin (A) och tymin (T), samt cytosin (C) och guanin (G). Dessa par fungerar som ett kodsystem likt noll och ett för en dator. Basparningen kan jämföras med två magneter som dras till varandra. Det är inte magnetism, utan ett fenomen som benämns för vätebindning, vilken ser till att baserna paras rätt ihop, bild 2.
Bild 2: Vätebindning mellan adenin och tymin. Baserna attraheras till sitt rätta par med vätebindningar, likt hur två magneter attraherar varandra.
Låt oss börja med fosfatbryggan. Vad är denna bra för? Man skulle anta att sockergrupperna vore direkt sammanbundna. Fosfaternas grundläggande egenskap är att de är negativt laddade, vilket hindrar att DNA rymmer ut genom cellmembranet, men också att DNA inte trasslar ihop sig. En vacker dag har hörlurarnas sladd kanske en liknande anti-trasselfunktion.
Arsenik är till sitt kemiska beteende mycket lik fosfor och kan bilda liknande strukturer som finnes i DNA. År 2011 hörde vi om hur NASAs forskargrupp, Wolfe-Simon et al, presenterade sin upptäckt om en speciell bakterie i Kaliforniens Mono Lake. Denna lilla basilisk byggde upp sin DNA av arsenik1. Fyndet väckte stor uppståndelse, inte bara för att det var det första dokumenterade fallet, utan också för att ett praktiskt problem av mammutstorlek kvarstod. Fosfatbryggan i vanlig DNA har en halveringstid på ca 30 miljoner år i vattenlösning, alltså i en cell. Om celler vore eviga, så skulle all dess DNA sönderfalla före studiestödet indexbinds. Arsenikbryggan då? Under en sekund. Faktum är att sönderfallet är så snabbt att det är svårt att mäta det. Biologin, såsom vi känner den, kan omöjligtvis bestå av arsenikbryggor. Senare blev NASAs resultat bevisat felaktigt.
Av allt att bedöma är det svårt att skapa alternativ till fosfatbryggan. Men baserna har visat sig erbjuda vida möjligheter, likt efterfester på Klubben. Romesberg et al syntetiserade onaturlig DNA, även kallad XNA eller xenoDNA. Denna hade ett främmande baspar, NaM-5SICS, vilket motsvarar paret A-T2. Det intressanta är att NaM-5SICS, till skillnad från alla naturliga baspar, inte bildar vätebindningar, vilket tidigare var något oerhört, likt att självaste Akademen inte skulle öva vid Vanha. Bild 3 illustrerar hur NaM-5SICS har en mycket annorlunda form än dess motsvarighet A-T. Ifall formen vore liknande, skulle baserna paras fel ihop av DNA-polymeras. Romesberg rapporterar en noggrannhet på 99.66-99.99% för varje kopiering av NaM-5SICS, vilket närmar sig naturens sämsta fall. Marlière et al rapporterar att de utvecklat bakterier fullt beroende av syntetiska baser, vars tymin var utbytt till 90%3.
Bild 3: NaM-5SICS, nedan, en analog till A-T, ovan. NaM-5SICS bildar inte vätebindningar, men paras rätt ihop av polymeras tack vare sin mycket ovanliga form.
Sockret, den tredje komponenten i DNA, visar sig också vara utbytbar rapporterar Holliger et al4. Problemet är att polymerasenzymet inte klarar av de främmande delarna, men genom otaliga mutationer har de skapat två enzym: ett som konverterar DNA till XNA och det andra som gör det motsatta.
Cui bono, till vilken nytta? Varför hålla på och fingra med DNA? Praktiska tillämpningar är detektionen av virus, t.ex. HIV, då XNA binder sig selektivt till viruset. Selektiviteten kan också utnyttjas då patienten lider av ett genfel. XNA binder sig till genen ifråga, vilket hindrar uttrycket av denna. Men när det kommer till kritan är det teoretiska det mest intressanta. Hur mycket kan man ändra på livets byggklossar? Finns det några få enkla krav för att biologi skall uppstå ur kemi? Richard Dawkins, professor emeritus i biologi och mannen bakom bestsellern Illusionen om Gud, anser att det finns två krav: ett kodsystem, t.ex. DNA, och ett verkställande system, t.ex. protein. Hans mest intressanta tanke är kanske att kodsystemet inte behöver vara endimensionellt, såsom DNA. Han föreslår en tvådimensionell matris, likt ett schackbräde där de olika pjäserna står för olika information5. Det slutliga målet med all denna forskning är något mera ambitiöst. Varför nöja sig med att manipulera liv när man kan skapa helt nytt liv? DNA, livets kodsystem, är dagens Frankenstein-monster eller golem, instrumentet i människans strävan efter אמת. Sanningen om människan.
Jere Mannisto
[1] Wolfe-Simon, F. et al Science 332 (2011) 1149.
[2] Malyshev , D.A. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 109 (2012) 12005–12010.
[3] Marlière, P. et al Angew. Chem. Int. Edn 50 (2011) 7109–7114.
[4] Pinheiro, V. B., et al. Science 336 (2012) 341–344.
[5] SOMETHING FROM NOTHING ? [OFFICIAL] Richard Dawkins & Lawrence Krauss [HD] 02-04-12, 2012, http://www.youtube.com/watch?v=YUe0_4rdj0U, 26.4.2012