WikiSysop: bnz

2022-03-22T16:27:53Z

bnz

←Starija inačica		Inačica od 22. ožujak 2022. u 16:27
Redak 1:		Redak 1:
	~~<!--'''Ksenobiologija'''-->'''~~Ksenobiologija''' (KB) je istraživačko područje u okviru sintetičke biologije, koje proučava i istražuje mogućnosti sinteze i manipulacije biološkim komponentama i sustavima. Ime ksenobiologija izvodi se od [[Starogrčki jezik\|grčkog]] xenos, što znači „stranac“ ili „gost“. Drugim riječima, XB opisuje oblik [[Biologija\|biologije]] koji je još uvijek nepoznat znanosti, te opisuje [[Biokemija\|biokemijska]] svojstva i sustave koji ne postoje u organskoj prirodi. U praksi to znači kako se radi o sustavima koji ne funkcioniraju s temeljnim kemijskim strukturama ili elementima (npr. [[DNK]]-[[RNK]]/20 kanonskih [[amino kiselina]]) koji su nam poznati iz „klasične“ [[Središnja dogma molekularne biologije\|centralne dogme]] [[Molekularna biologija\|molekularne biologije]]. Na primjer, umjesto da [[DNK]] i [[RNK]], XB istražuje analoge [[Nukleinske kiseline\|nukleinskih kiselina]], tzv. kseno nukleinskih kiselina (XNA) kao nositelja informacija.<ref>Pinheiro, V.B. and Holliger, P., 2012. The XNA world: Progress towards replication and evolution of synthetic genetic polymers. Current Opinion in Chemical Biology, 16, 245</ref> Također se bavi na proširenjem ili ekspanzijom genetičkog koda<ref>Bain, J. D., Switzer, C., Chamberlin, R., & Steven A. Bennert, S.A. (1992). Ribosome-mediated incorporation of a non-standard amino acid into a peptide through expansion of the genetic code, Nature 356, 537 – 539</ref> kao i ugradnom nekanonskih ili neproteinogenih aminokiselina u [[Bjelančevine\|proteine]].<ref>Noren, C.J., Anthony-Cahill, S.J., Griffith, M.C., Schultz, P.G.(1989). A general method for site-specific incorporation of unnatural amino acids into proteins. Science 44, 82-88</ref>		Ksenobiologija''' (KB) je istraživačko područje u okviru sintetičke biologije, koje proučava i istražuje mogućnosti sinteze i manipulacije biološkim komponentama i sustavima. Ime ksenobiologija izvodi se od [[Starogrčki jezik\|grčkog]] xenos, što znači „stranac“ ili „gost“. Drugim riječima, XB opisuje oblik [[Biologija\|biologije]] koji je još uvijek nepoznat znanosti, te opisuje [[Biokemija\|biokemijska]] svojstva i sustave koji ne postoje u organskoj prirodi. U praksi to znači kako se radi o sustavima koji ne funkcioniraju s temeljnim kemijskim strukturama ili elementima (npr. [[DNK]]-[[RNK]]/20 kanonskih [[amino kiselina]]) koji su nam poznati iz „klasične“ [[Središnja dogma molekularne biologije\|centralne dogme]] [[Molekularna biologija\|molekularne biologije]]. Na primjer, umjesto da [[DNK]] i [[RNK]], XB istražuje analoge [[Nukleinske kiseline\|nukleinskih kiselina]], tzv. kseno nukleinskih kiselina (XNA) kao nositelja informacija.<ref>Pinheiro, V.B. and Holliger, P., 2012. The XNA world: Progress towards replication and evolution of synthetic genetic polymers. Current Opinion in Chemical Biology, 16, 245</ref> Također se bavi na proširenjem ili ekspanzijom genetičkog koda<ref>Bain, J. D., Switzer, C., Chamberlin, R., & Steven A. Bennert, S.A. (1992). Ribosome-mediated incorporation of a non-standard amino acid into a peptide through expansion of the genetic code, Nature 356, 537 – 539</ref> kao i ugradnom nekanonskih ili neproteinogenih aminokiselina u [[Bjelančevine\|proteine]].<ref>Noren, C.J., Anthony-Cahill, S.J., Griffith, M.C., Schultz, P.G.(1989). A general method for site-specific incorporation of unnatural amino acids into proteins. Science 44, 82-88</ref>

	==Razlike između kseno-, egzo- i astro-==		==Razlike između kseno-, egzo- i astro-==

WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica

2021-10-08T23:03:11Z

Bot: Automatski unos stranica

Nova stranica

'''Ksenobiologija''' (KB) je istraživačko područje u okviru sintetičke biologije, koje proučava i istražuje mogućnosti sinteze i manipulacije biološkim komponentama i sustavima. Ime ksenobiologija izvodi se od [[Starogrčki jezik|grčkog]] xenos, što znači „stranac“ ili „gost“. Drugim riječima, XB opisuje oblik [[Biologija|biologije]] koji je još uvijek nepoznat znanosti, te opisuje [[Biokemija|biokemijska]] svojstva i sustave koji ne postoje u organskoj prirodi. U praksi to znači kako se radi o sustavima koji ne funkcioniraju s temeljnim kemijskim strukturama ili elementima (npr. [[DNK]]-[[RNK]]/20 kanonskih [[amino kiselina]]) koji su nam poznati iz „klasične“ [[Središnja dogma molekularne biologije|centralne dogme]] [[Molekularna biologija|molekularne biologije]]. Na primjer, umjesto da [[DNK]] i [[RNK]], XB istražuje analoge [[Nukleinske kiseline|nukleinskih kiselina]], tzv. kseno nukleinskih kiselina (XNA) kao nositelja informacija.<ref>Pinheiro, V.B. and Holliger, P., 2012. The XNA world: Progress towards replication and evolution of synthetic genetic polymers. Current Opinion in Chemical Biology, 16, 245</ref> Također se bavi na proširenjem ili ekspanzijom genetičkog koda<ref>Bain, J. D., Switzer, C., Chamberlin, R., & Steven A. Bennert, S.A. (1992). Ribosome-mediated incorporation of a non-standard amino acid into a peptide through expansion of the genetic code, Nature 356, 537 – 539</ref> kao i ugradnom nekanonskih ili neproteinogenih aminokiselina u [[Bjelančevine|proteine]].<ref>Noren, C.J., Anthony-Cahill, S.J., Griffith, M.C., Schultz, P.G.(1989). A general method for site-specific incorporation of unnatural amino acids into proteins. Science 44, 82-88</ref>

==Razlike između kseno-, egzo- i astro-==
Astro znači zvijezda i exo znači izvan. Oboje, i egzobiologija i [[astrobiologija]] traže život koji je evoluiralo negdje u svemiru uglavnom na drugim planetima u prvom redu onima u Goldilockovim zonama. Dok se astrobiolozi bave otkrivanjem i analizom (hipotetički) postojećeg života negdje drugdje u svemiru, ksenobiologija pokušava osmisliti oblike života s drugačijim kemijskim osnovama ili [[genska uputa|genetičkim kodovima]] od onih koje poznajemo na planeti Zemlji.<ref>Schmidt M. [http://www.markusschmidt.eu/pdf/Xenobiology-Schmidt_Bioessays_201004.pdf Xenobiology: a new form of life as the ultimate biosafety tool] Bioessays Vol 32(4):322-331</ref>

==Ciljevi ksenobiologije==
* Ksenobiologija može s jedne strane doprinjeti produbljivanju naših temeljih znanja o biologiji i podrijetlu života ali može donijeti i neke temeljno nove spoznaje po tim pitanjima. Kako bi bolje razumjeli podrijetlo života, potrebno je znati zašto su se rane životne forme razvile baš od RNA svijeta sve do DNA - RNA - protein sustava i kako je uspostavljen (skoro) univerzalni genetički kod. <ref>Pace NR. 2001. The universal nature of biochemistry. Proc Natl Acad Sci USA 98: 805–8.</ref> Je li to bio evolucijski „slučaj“ ili „udes“ ili možda postoje nužna ograničenja koja ne dopuštaju druge vrste kemija od onih koje poznajemo? Testiranjem alternativne biokemijske „[[abiogeneza|primordijarne juhe]]“, očekuje se kako ćemo bolje razumjeti kemijska načela koja su ugrađena u život kakvog poznajemo.

* Ksenobiologija ima i praktične potencijale za razvoj industrijskih proizvodnih sustava s novim mogućnostima npr. inžinjerstvo bolje i efikasnije [[biotehnologija|biotehnološke]] sinteze raznih polimera ili dizajn otpornosti patogena. Najbolji primjer koji ilustrira te mogućnosti jest inžinjerstvo genetičkog koda. U svim živim bićima proteini su izgrađeni od 20 kanonskih aminokiselina (kAK) „propisanih“ genetičkim kodom. U rijetkim slučajevima, translacijski aparat nekih organizama ugrađuje u pojedine proteine i specijalne aminokiseline kao što su selenocistein, pirolizin i selenometionin.<ref>Wiltschi, B. and N. Budisa, Natural history and experimental evolution of the genetic code. Applied Microbiology and Biotechnology, 2007. 74: p. 739-753</ref> Također je poznato preko 300 prirodnih neproteinogenih amino kiselina izoliranih mahom iz raznih biljaka, bakterija i kvasaca, ne računajuci tu i one koje su antropogeno pripravljene u raznim laboratorijama u posljednjih stotinjak godina. Prirodne i umjetne neproteinogene aminokiseline nazivamo skupno - „nekanonske aminokiseline“; nkAK. Ako bismo bili u stanju „ubaciti“ neke od tih nkAK u proteinsku sintezu - lako je predvidjeti kako bi se svojstva sintetiziranih proteina mogla i radikalno promjeniti te dovesti do npr. učinkovitije katalize ili novih materijalnih funkcija. Tako npr. EU-Projektu (FP7) [http://www.meta-code.eu/ METACODE] (koji koordinira Prof. Dr. [[Nediljko Budiša]] [http://www.biocat.tu-berlin.de/menue/about_us/chair/parameter/en/] s Tehničkog Sveučlišta u Berlinu) cilj je uključiti klasičnu reakciju, poznatu samo u organskoj kemiji – olefinsku metatezu [http://en.wikipedia.org/wiki/Olefin_metathesis] – u kemiju žive stanice tj. bakterije [[Escherichia coli|Escherichie coli]] (i na taj način obogatiti temeljnu kemiju života). Još jedan praktični razlog upotrebe XB stanica jest mogućnosti poboljšanja procesa proizvodnje smanjujući pri tome rizik od virusnih (npr. [[bakteriofag|bakteriofagnih]]) kontaminacija pri raznim [[vrenje|fermentacijama]]. To je plauzabilno, jer kemija života XB stanice više nije ista kao kod stanica iz „staroga biološkog svijeta“. Na taj način, XB-stanice nisu dobri domaćini raznim [[virusi|virusima]] (specijaliziranim za stanice „staroga biološkog svijeta“) što ih čini otpornim („zatvorenim“) na moguće kontaminacije ili infekcije.

* Ksenobiologija nudi i mogućnost implementacije posebnog sustava genetičke sigurnosti stvaranjem umjetne genetičke barijere - genetičke ogradnje (u engleskom govornom području rabi se izraz: genetic firewall). Radi se o ideji da se izgradi jedna vrsta zatvorenosti ili „zida“ koji bi onemogućio izmjenu genetičkih informacija između XB-stanica i stanica živoga svijeta. Jedan od glavnih problema tradicionalne genske tehnike (npr. [[GMO]]s) i molekularne biotehnologije jest tzv. „genetička kontaminacija“ uzrokovana vodoravnim prijenosom gena (jer su sva živa bića bazirana na istoj temeljnoj kemiji i genetici!)<ref>{{cite journal
| last = V. Kubyshkin et al
| doi = 10.1016/j.biosystems.2017.10.004
| year = 2017
| title = On universal coding events in protein biogenesis
| journal = Biosystems
| url = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0303264717302782?via%3Dihub
}}</ref> - što može predstavljati mogući rizik i za okoliš i za zdravlje ljudi. U tome kontekstu, jedna od važnih ideja u XB jest stvoriti alternativne [[genska uputa|genetičke kodove]] i [[Ugljikov ciklus|biokemijske cikluse]], tako da bi vodoravni prijenos gena bio otežan pa čak i onemogućen (a time i sama „genetička kontaminacija“). Osim toga, alternativni biokemijski ciklusi bi također trebali omogućiti stvaranje novih sintetičkih auksotrofija – kao dodatne komponente biološke sigurnosti. U osnovi je ideja da se stvori ortogonalni biološki sustav koji bi bio inkompatibilan s prirodnim genetičkim sustavima.<ref>Herdewijn P, Marlière P. Toward safe genetically modified organisms through the chemical diversification of nucleic acids.Chem Biodivers. 2009 Jun;6(6):791–808.</ref>

==Znanstveni pristup==
Ksenobiologija ima za cilj projektirati i izgraditi takve biološke sustave koji se bitno razlikuju od prirodnih živih bića na jednoj ili više temeljnih razina kompleksnosti. U idealnom slučaju, prirodi-novi (engleski: new-to nature) organizmi će biti bitno drukčiji u pogledu temeljne biokemije te bi trebali imati i potpuno različit genetički kod. Drugim riječima, trebali bi „pričati drugim jezikom“ pa se može govoriti i o biosemantičkoj ogradnji (engleski: semantic containment) prema živim bićima s prirodnom evolucijskom poviješću.<ref>{{cite journal
| last = V. Kubyshkin and N. Budisa
| doi = 10.1002/biot.201600097
| year = 2017
| title = Synthetic alienation of microbial organisms by using genetic code engineering: Why and how?
| journal = Biotechnology Journal
| volume = 12
| pages = 1600097
| url = http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/biot.201600097/abstract
}}</ref> Dugoročni cilj je, među ostalim, i izgraditi stanicu koja neće pohraniti svoje genetičke informacije DNA-formi već u alternativnom informacijskom polimeru. Jedan primjer takvih polimera su tzv. kseno nukleinske kiseline (XNA), koje se sastoje kemijski različitih baznih parova, alternativnih okosnica i šećernih jedinica – a koji bi se u budućnosti mogli koristiti u sintetičkom živom sustavu s nekanonskim aminokiselinama i promijenjenim/alternativnim genetičkim kodom. Sva dosadašnja istraživanja su pokazala (na razini dokaza; engleski: proof-of-principle) da je moguće u žive stanice ugraditi (doduše u vrlo ograničenom obimu) jednu od te dvije mogućnosti.

===Kseno nukleinske kiseline (XNA)===
Izvorno, u osnovi istraživanja alternativnih kemijskih oblika DNA bilo je pitanje kako se život razvio na Zemlji i zašto su se RNA i DNA nametnule tijekom kemijske evolucije kao glavni nosioci genetičke informacije iako su i druge strukture nukleinskih kiselina moguće. <ref>Eschenmoser, A. (1999) Chemical etiology of nucleic acid structure. Science. 284, 2118–2124.</ref> Sustavnim eksperimentalnim radom nedvojbeno je dokazano kako je moguće diverzificirati kemijsku strukturu nukleinskih kiselina i složiti potpuno nove informacijske biopolimere. Do sada, broj XNA s novim kemijskim okosnicama ili drugim osobitostima u kemijskoj strukturi je impresivan, <ref>Vastmans K, Froeyen M, Kerremans L, et al. (2001). Reverse transcriptase incorporation of 1,5-anhydrohexitol nucleotides. Nucleic Acids Res 29: 3154–63. 42</ref><ref>Jang, M et al. (2013). A synthetic substrate of DNA polymerase deviating from the bases, sugar, and leaving group of canonical deoxynucleoside triphosphates. Chemistry & Biology, 20 (3), art.nr. 10.1016/j.chembiol.2013.02.010, 416-23</ref><ref>Pinheiro, V.B. and Holliger, P., (2012) The XNA world: Progress towards replication and evolution of synthetic genetic polymers. Current Opinion in Chemical Biology, 16, 245</ref><ref>Pinheiro, V.B., Loakes, D. and Holliger, P. (2013) Synthetic polymers and their potential as genetic materials. Bioessays, 35, 113</ref> npr. „heksozne nukleinske kiseline“ (HNA), „treozne nukleinske kiseline“ (TNA), <ref>Ichida JK, Horhota A, Zou K, et al. (2005). High fidelity TNA synthesis by Therminator polymerase. Nucleic Acids Res 33: 5219–25</ref> „glikolne nukleinske kiseline“ (GNA) ili „cikloheksenilne nukleinske kiseline“ (CeNA).<ref>Kempeneers V, Renders M, Froeyen M, et al. (2005). Investigation of the DNA-dependent cyclohexenyl nucleic acid polymerization and the cyclohexenyl nucleic acid-dependent DNA polymerization. Nucleic Acids Res. 33: 3828–36</ref> Već u 2003 je pokazano ugrađivanje XNA komponenti (npr. 3 HNA kodona ili tripleta) u prirodne DNA-vektore za gensku ekspresiju kao što su plazmidi.<ref>Pochet S. et al. (2003). Replication of hexitol oligonucleotides as a prelude to the propagation of a third type of nucleic acid in vivo. Comptes Rendus Biologies. 326:1175–1184</ref> Ovaj XNA-DNA hibrid je korišten in vivo (E. coli ) kao templat za sinetzu DNA . Ostale komponente (npr. GNA, CeNA) su još uvijek poprilično inkompatibilne s prirodnim biološkim sustavima, da bi se u tome kontekstu mogle koristiti kao predložci za sintezu gena.<ref>Pezo V. et al. (2012). [http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201303288/abstract Binary Genetic Cassettes for Selecting XNA-Templated DNA Synthesis In Vivo]. Angew Chem. 52: 8139–8143</ref> U izvjesnoj mjeri, nekanonski bazni parovi se mogu ugraditi u prirodnu DNA okosnicu pa čak i transliterirati u prirodnu DNA.<ref>Krueger AT. et al. (2011). [http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja208025e Encoding Phenotype in Bacteria with an Alternative Genetic Set]. J. Am. Chem. Soc. 133 (45):18447–18451</ref>

===Prošireni genetički alfabet===
Dok neke XNA sadrže samo modificirane okosnice, u drugim eksperimentima stvaraju se XNA sa zamjenjenim baznim parovima pa čak XNA koje zadrže dodatni tj „treći“ bazni par (u tome slučaju govorimo o proširenju genetičke DNA abecede). Na primjer, dizajnirana je DNA molekula koja umjesto četiri standardne baze A, T, G, i C (tj. dva bazna para)– ima šest baza (tj. tri bazna para): T, G, C, te se dvije nove baze P i Z (gdje Z stoji za 6-Amino-5-nitro3-(l'-p-D-2'-deoksiribofuranozil)-2(1H)-piridon, a P je 2-Amino-8-(1-β-D-2'-deoksiribofuranozil)imidazo[1 ,2-a]-1,3,5-triazin-4 (8H)).<ref>Sismour, A.M., et al. (2004) PCR amplification of DNA containing non-standard base pairs by variants of reverse transcriptase from Human Immunodeficiency Virus-1. Nucleic Acids Res. 32, 728–735</ref><ref>Yang, Z., Hutter, D., Sheng, P., Sismour, A.M. and Benner, S.A. (2006) Artificially expanded genetic information system: a new base pair with an alternative hydrogen bonding pattern. Nucleic Acids Res. 34, 6095–6101</ref><ref>Yang, Z., Sismour, A.M., Sheng, P., Puskar, N.L. and Benner, S.A. (2007) Enzymatic incorporation of a third nucleobase pair. Nucleic Acids Res. 35, 4238–4249</ref> U sustavnoj istraživačkoj studiji, Leconte i suradnici su testirani održivost 60 baza (dajući potencijalno 3600 parova baza) kao kandidata za izgradnju mogućih kemijskih altenativa prirodnoj DNA molekuli koja je nosilac genetičke informacije u živom svijetu na zemlji.<ref>Leconte, A.M., Hwang, G.T., Matsuda, S., Capek, P., Hari, Y. and Romesberg, F.E. (2008) Discovery, characterization, and optimization of an unnatural base pair for expansion of the genetic alphabet. J. Am. Chem. Soc. 130, 2336–2343</ref>

===Nove polimeraze===
XNA kao i nekanonski (ili neprirodni) bazni parovi nisu substrati za stanične polimeraze. Zato je jedan od glavnih izazova je pronaći ili stvoriti nove vrste polimeraza koje bi bile u mogućnosti replicirati ove prirodi-nove (engleski: new-to nature) kemijske konstrukcije. Utvrđeno je međutim kako je modificirana varijanta [[Sindrom stečene imunodeficijencije|HIV]]-reverzne transkriptaze sposobna polimerizirati oligonukleotid koji sadrži nekanonski tip baznih parova.<ref>Sismour, A.M. and Benner, S.A. (2005) The use of thymidine analogs to improve the replication of an extra DNA base pair: a synthetic biological system. Nucleic Acids Res. 33, 5640–5646</ref><ref>Havemann, S.A., Hoshika, S., Hutter, D. and Benner, S.A. (2008) Incorporation of multiple sequential pseudothymidines by DNA polymerases and their impact on DNA duplex structure. Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids 27, 261–278</ref> Pinheiro i suradnici su pokazali 2012. da je moguće razviti metodu dizajna polimeraze koja je u stanju replicirati i popravljati greške kod šest alternativnih genetskih polimera ne duljih od 100 baznih parova.<ref>Pinheiro VB et al. (2012) Synthetic genetic polymers capable of heredity and evolution. Science 336: 341-344</ref> Ti informacijski polimeri su u biti XNA, tj. nukleinske kiseline s kemijskim modifikacijama kakve ne nalazimo u prirodi.

===Inžinjerstvo genetičkog koda===
Ksenobiologija, među ostalim ima za cilj i „presložiti“ postojeći univerzalni genetički kod. Pristup koji najviše obećava je 'tripletna prenamjena' (engleski: codon reassignment) rijetko korištenih pa čak i nekorištenih tripleta (tj. tripletnih kodnih jedinica – kodona).<ref>Budisa, N. (2005). Engineering the Genetic Code - Expanding the Amino Acid Repertoire for the Design of Novel Proteins, WILEY-VHC Weinheim, New York, Brisbane, Singapore, Toronto</ref> U idealnom scenariju, genetički kod se može proširiti (engleski: [[:en:expanded genetic code|code expansion]]) tako da se određeni prirodni triplet oslobodi („emancipira“) svoje kanonske funkcije (npr. terminacija proteinske sinteze) i privremeno (idealno bi bilo: stalno) prenamjeni za kodiranje potpuno nove nekanonske amino kiseline (nkAK). U tome slučaju govorimo o ekspanziji ili proširenju genetičkog koda (engleski: genetic code expansion). Međutim, sama ekspanzija koda je vrlo teška za primjenu a objavljeni rezultati su često teško ponovljivi pa je potrebno posegnuti za alternativama. Na primjer, upotreba auksotrofnih bakterijskih sojeva pokazala se vrlo efikasnom za ugradnju izostrukturnih aminokiselinskih analoga ([[:en:David A. Tirrell|David Tirrell]], [[Nediljko Budiša]]) tj. nkAK uspješno substituiraju (pojedinačno ili skupno)<ref>Hoesl, M. G., Budisa, N., (2012). Recent advances in genetic code engineering in Escherichia coli. Curr. Opin. Biotechnol. 23, 751–757</ref> odgovrajuće kanonske aminokiseline u željenim proteinima. U tome slučaju govorimo (in strictu) o inžinjerstvu genetičkog koda. Konačno, prirodni repertoar od 20 kanonskih aminokiselina može se eksperimentalno i umanjivati (npr. na 19 kanonskih aminokiselina).<ref>Pezo, V., Guérineau, V., Le Caer, J.-P., Faillon, L., Mutzel, R. & Marlière, P. (2013). A metabolic prototype for eliminating tryptophan from the genetic code. Scientific Reports 3: 1359</ref> Tripletna prenamjena genetičkog koda funkcionira kada se se promjeni spefičnost para aminoacil-tRNA sintetaza:tRNA prema određenom tripletu ili kodonu. Stanice opremnjene takvim parovima mogu čitati mRNA sekvence koje prirodna translacijska mašinerija nije u stanju potpuno prepoznati i pri tome obično proizvedu (eksprimiraju) male količine (>100 μg) pojedinih proteina i sve to u okviru klasične rekombinantne DNA tehnologije.<ref>Rackham, O. and Chin, J.W. (2005) A network of orthogonal ribosome mRNA pairs. Nat. Chem. Biol. 1, 159–166</ref><ref>Wang, L., Brock, A., Herberich, B. and Schultz, P.G. (2001) Expanding the genetic code of Escherichia coli. Science 292, 498–500</ref><ref>Hartman, M.C., Josephson, K., Lin, C.W. and Szostak, J.W. (2007) An expanded set of amino acid analogs for the ribosomal translation of unnatural peptides. PLoS ONE 2, e972</ref> Farren Isaacs i [[:en:George M. Church|George Church]] sa Sveučilišta Harvard objavili su 2013 potpunu zamjenu svih 314 TAG stop-kodona prisutnih u genomu E. coli bakterije, sa sinonimskim TAA tripletima ili kodonima dokazujući na taj način kako se genom može masovno preurediti bez smrtonosnih učinaka po živu stanicu.<ref>Isaacs FJ, et al. (2013) Precise manipulation of chromosomes in vivo enables genome-wide codon replacement. Science, 2011, 333(6040):348-53</ref><ref>Lajoie MJ, Kosuri S, Mosberg JA, Gregg CJ, Zhang D, Church GM (2013) Probing the Limits of Genetic Recoding in Essential Genes. Science. 342(6156):361-3</ref>

Još radikalnije promjene u strukturi genetičkog koda mogu se postići zamjenom tripleta s kvadrupletima i pentapletima, kao što su to pokazali Sisido (u in vitro sustavima) i Schultz (u bakterijama).<ref>Hohsaka T, Sisido M. (2002) Incorporation of non-natural amino acids into proteins. Curr Opin Chem Biol. 6, 809-815</ref><ref>Anderson, J.C., Wu, N., Santoro, S.W., Lakshman, V., King, D.S. and Schultz, P.G. (2004) An expanded genetic code with a functional quadruplet codon. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 7566–7571</ref> Na koncu, korištenjem neprirodnih baznih parova u DNA, mRNA i tRNA strukturama mogu se nove aminokiseline ugraditi u željene proteine.<ref>Hirao I, Ohtsuki T, Fujiwara T, Mitsui T, Yokogawa T, Okuni T, Nakayama H, Takio K, Yabuki T, Kigawa T, Kodama K, Yokogawa T, Nishikawa K, Yokoyama S. (2002). An unnatural base pair for incorporating amino acid analogs into proteins. Nat Biotechnol, 20, 177–182</ref>

===Ciljana evolucija; biosemantička i biotropička ogradnja===
Cilj zamjene DNA sa XNA u živim stanicama također se može postići i alternativnom metodom i to tako da eksperimentalnom promjenom okoliša direktno utječemo na strukturu genetičkih modula. Marliere i Mutzel<ref>
Marliere P et al. (2011) Chemical Evolution of a Bacterium’s Genome. Angewandte Chemie Int. Ed. 50(31): 7109–7114</ref> su uspješno pokazali izvodivost ovoga pristupa: pošlo im je za rukom evoluirati soj crijevne bakterije Escherichie coli čija je DNA sastavljena od standardnih A, C i G nukleotida, ali u svojoj DNA sekvenci umjesto prirodnog timina (T) sadrži njegov sintetički analog 5-klorouracil. Te stanice ne mogu rasti tj. ovisne su o klorouracilu u hranidbenom mediju, dok u svemu ostalom funkcioniraju kao normalne koli-bakterije. Ovaj pristup potencijalno otvara mogućnost stvaranja jake genetičke izolacije ili barijere preko dvostruke genetičke ogradnje (ili ograde s dvostrukim „zidom“) jer se interakcije s drugim bakterijama otežane. Naime ovaj bakterijski soj je auksotrofičan za ne-prirodne kemikalije („biotropička ogradnja“; engleski: trophic containment) a uzput i sadrži DNA formu koja se ne može dešifrirati u drugim organizmima (pa govorimo i o „biosemantičkoj ogradnji“; engleski: semantic containment).

== Problemi biološke sigurnosti i bezbjednosti: genetička ogradnja (genetic firewall)==
U engleskom govornom području razlikujemo biosafety (uglavnom se bavi procjenom rizika) i biosecurity (bavi se praktičnim mjerama za biološku zaštitu); u hrvatskom jeziku možemo rabiti izraz biobezbjednost ili biosigurnost. Ksenobiološki sustavi se projektiraju s ciljem prijenosa principa ortogonalnosti u prirodne biološke sustave. Jedan takav hipotetički organizam bi koristio XNA,<ref>Herdewijn, P. and Marliere, P. (2009) Toward safe genetically modified organisms through the chemical diversification of nucleic acids. Chem. Biodivers. 6, 791–808</ref> i odgovarajuće polimeraze te ima izmjenjeni genetski kod - tako da će teško biti u mogućnosti komunicirati s prirodnim oblicima života na genetičkoj razini. Dakle, ovi ksenobiološki organizmi bi predstavljali genetičku enklavu koja nije u stanju razmjenjivati informacije s prirodnim stanicama.<ref>Marliere, P. (2009) [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2759432/pdf/11693_2009_Article_9040.pdf The farther, the safer: a manifesto for securely navigating synthetic species away from the old living world]. Syst. Synth. Biol. 3, 77–84</ref> Znači, promjena temeljnih genetičkih mehanizama stanice dovodi do uspostave biosemantičke ogradnje ili zatvorenosti. Analogno informacijskim tehnologijama, ovdje koristimo sigurnosni koncept pod nazivom genetička ogradnja (engleski: genetic firewall).<ref>Schmidt M. [http://www.markusschmidt.eu/pdf/Xenobiology-Schmidt_Bioessays_201004.pdf Xenobiology: a new form of life as the ultimate biosafety tool] Bioessays Vol 32(4):322-331</ref><ref>Acevedo-Rocha CG, Budisa N (2011). On the Road towards Chemically Modified Organisms Endowed with a Genetic Firewall. Angewandte Chemie International Edition. 50(31):6960–6962</ref> Koncept ili ideja genetičke ogradnje ima potencijal da prebrodi čitav niz ograničenja prethodnih biosigurnosnih sustava.<ref>Moe-Behrens GH, Davis R, Haynes KA. (2013) [http://www.frontiersin.org/Microbiotechnology%2c_Ecotoxicology_and_Bioremediation/10.3389/fmicb.2013.00005/abstract Preparing synthetic biology for the world.] Front Microbiol. 2013;4:5</ref><ref>Wright O, Stan GB, Ellis T. (2013) [http://mic.sgmjournals.org/content/early/2013/03/20/mic.0.066308-0.full.pdf+html Building-in biosafety for synthetic biology.] Microbiology. 159 (7):1221-35</ref> Prva eksperimentalna naznaka kako bi ovaj (još uvijek u biti teorijski koncept) mogao funkcionirati jest znanstveni rad publiciran 2013 koji izvješćuje o dizajnu tzv. „genomski rekodiranog organizma“ (GRO) gdje su svi poznati UAG stop-tripleti u crijevnoj koli-bakteriji Escherichia coli zamijenjeni UAA tripletima. Pokazano je kako GRO - Escherichia coli ima povećanu otpornost prema T7 bakteriofagima.<ref>Lajoie MJ, et al. Genomically Recoded Organisms Expand Biological Functions. Science, 2013, 342(6156):357-60</ref> Međutim i sam GRO soj je u biti samo derivat crijevne bakterije koji je izmjenjen klasičnom genskom tehnikom te je još uvijek je vrlo sličan svojim prirodnim „roditeljima“ i ne pokazuje genetičku ogradnju ili zatvorenost. U svakom slučaju, mogućnosti tripletnih prenamjena (engleski: codon reassigment) u genetičkom kodu otvara perspektivu da se stvore bakterijski sojevi koji kombiniraju XNA , nove genetičke kodove i biokemije i koji ne mogu razmjenjivati informacije s prirodnim biološkim svijetom. Takve bakterije mogu biti jako korisne npr. kod ispitivanja raznih novih toksina i ksenobiotika.<ref>Schmidt M, Pei L. 2011. [http://www.markusschmidt.eu/pdf/11_03-ToxSci-Schmidt-Pei.pdf Synthetic Toxicology: Where engineering meets biology and toxicology] Toxicological Sciences. 120(S1), S204–S224</ref><ref>Schmidt M. 2013. Safeguarding the Genetic Firewall with Xenobiology. In: ISGP. 2013. 21st Century Borders/Synthetic Biology: Focus on Responsibility and Governance.</ref>

==Zakonska i administrativna pitanja==
Ksenobiologija - kada jednom pretoči svoje ideje u experimentalne rezultate - također može predstavljati izazov za legislaturu, jer trenutni zakoni i uredbe dobro pokrivaju genetski modificirane organizme (GMOs) ali ne i izravno kemijski ili genomski modificirane organizme. Razložno je prepostaviti kako će ksenobiologija trebati još neko vrijeme za dizajn sintetičkih stanica i organizama pa zakonodavci imaju dovoljno vremena da se pripreme za nove, u prvom redu pravne izazove. Od 2012 godine politički savjetnici u SAD-u,<ref>ISGP. 2013. [http://www.scienceforglobalpolicy.org/LinkClick.aspx?fileticket=VqAc-vBzvMk%3D&tabid=76 21st Century Borders/Synthetic Biology: Focus on Responsibility and Governance] p.55-65</ref> četiri nacionalna odbora za biološku sigurnosti u Europi,<ref>Pauwels K. et al. (2013) Event report: SynBio Workshop (Paris 2012) – Risk assessment challenges of Synthetic Biology. Journal für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit. DOI 10.1007/s00003-013-0829-9</ref> te European Molecular Biology Organization<ref>Garfinkel M. (2013) [http://www.embo.org/documents/science_policy/biocontainment_ESF_EMBO_2012_workshop_report.pdf Biological containment of synthetic microorganisms: science and policy.]</ref> su uvrstili temu ksenobiologije u svoj progam.

==Utemeljitelji ksenobiologije==
Zanimljivo kako je [[Nediljko Budiša]] hrvatski biokemičar u Njemačkoj, jedan od utemeljitelja ksenobiologije i prominentni predstavnik „europske“ sintetičke biologije. Ovaj znanstvenik s Tehničkog Sveučilišta u Berlinu (gdje podučava organsku kemiju, biokemiju, biokatalizu i sintetičku biologiju;) je pionir u inžinjerstvu genetičkog koda <ref>Budisa, N. (2004). Prolegomena to future efforts on genetic code engineering by expanding its amino acid repertoire. Angew. Chem. Int. Ed. 43, 3387-3428. Prolegomena zum experimentellen Engineering des genetischen Codes durch Erweiterung seines Aminosäurerepertoires. Angew. Chem. 116, 6586–6624</ref> i autor (za sada) jedine knjige s tom tematikom.<ref>Budisa, N. (2005). Engineering the Genetic Code - Expanding the Amino Acid Repertoire for the Design of Novel Proteins, WILEY-VHC Weinheim, New York, Brisbane, Singapore, Toronto</ref> Uspostava novoga znanstvenog područja tj. pionirski rad je mukotrpan a često i nazahvalan posao jer se treba „preživjeti“ u vrlo kompetetivnoj sredini s originalnim radovima (koji su malo citirani a često i sustavno ignorirani) te s novim idejama koje se ionako sporo šire u konzervativnoj znanstvenoj sredini. Osim sveučilišne djelatnosti i znanstvenog rada, profesor Budiša se profilirao kao mislilac i poznavatelj istraživanja i inžinjerstva „sintetičkog života“.<ref>Budisa, N. (2012). A brief history of the "life synthesis"/ Eine kurze Geschichte der "Lebensherstellung" In: WAS IST LEBEN? – Nova Acta Leopoldina Series [Bd. 116, Nr. 394 (2012), (J. Hacker/M. Hecker, Hrsg.). Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart</ref>

==Izvori==
{{izvori|2}}

[[Kategorija:Biologija]]

Ksenobiologija - Povijest promjena

WikiSysop: bnz

WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica