| Abstract | Struktura dvolančane uzvojnice deoksiribonukleoinske kiseline ili molekule DNA sastoji se
od dvaju isprepletenih lanaca kojima je šećerno-fosfatna okosnica s vanjske strane, a baze s
unutarnje strane uzvojnice te tako čine ovu molekulu vrlo učinkovitim i otpornim sredstvom
za spremanje informacija. Raznolikost i kompleksnost staničnih organizama posljedica je
jedinstvenih sljedova nukleotida u molekuli DNA koji kodiraju raznolike proteine. Tijekom
procesa transkripcije i translacije u stanicama se eksprimiraju proteini specifičnih funkcija
ovisno o stadiju razvoja, vrsti stanica te okolišnim uvjetima. Purinske i pirimidinske baze
tvore dva specifična para povezanih vodikovim vezama, vezama koje su relativno slabe što
omogućuje reverzibilno kidanje u biokemijskim procesima, a isto tako jake da pomažu u
stabilizaciji specifičnih struktura kao što je to dvostruka uzvojnica. Specifične parove stvaraju
četiri dušikove baze pri čemu se adenin sparuje s timinom, a gvanin citozinom.
U nekim slučajevima, osim sparivanja navedenih parova, otkriveno je da se u DNA
sljedove mogu i selektivno ugraditi neprirodni nukleotidi koji se povezuju vodikovim ili
hidrofobnim interakcijama. Istraživanjima upravo u tom području dizajniranja novih
neprirodnih nukleotida došlo je do iznenađujućih otkrića u laboratorijima kemije i sintetske
biologije.
U ovom radu bavit ću se opisivanjem rezultata niza istraživanja u kojima su otkriveni novi
razredi neprirodnih parova baza koji su potencijalni kandidati za razvoj nekoliko različitih
modela koji bi objasnili način sinteze molekule DNA u odsutnosti vodikovih interakcija.
Ugradnja petog i šestog nukleotida u DNA, odnosno stvaranje trećeg (neprirodnog) para
baze, omogućila bi pohranu veće količine informacija koje DNA može nositi. U početnim
stadijima istraživanja, ideja je bila usmjeriti razvoj neprirodnih nukleotida prema stvaranju
hidrofobnih interakcija kako bi se na taj način povećala selektivnost sparivanja samo
neprirodnih baza te izbjegle interakcije s prirodnim. Napredak u istraživanju pridonio je
povezivanju odnosa komplementarnosti struktura i aktivnosti baza. Koristeći se brojnim
tehnikama među kojima su i ispitivanja na osnovi enzimske kinetike i PCR-a te u konačnici i
pokusi in vivo, otkriveni su bitni čimbenici za nastajanje hidrofobne, ali isto tako i vodikove
veze.
Istraživanja koja se temelje na važnosti vodikovih interakcija razvile su parove S-Y i S-Z
čije je umnožavanje u PCR-u bilo s relativno dobrom vjernosti. Međutim, tijekom istraživanja
takvih neprirodnih nukleotida naišlo se na mnoge probleme koji se tiču komplementarnosti
oblika i potrebnih atoma za vodikove veze, kao i prevelike sposobnosti sparivanja s prirodnim
nukleotidima. Zato su sva buduća istraživanja prakticirana na stvaranju baza s hidrofobnim
pakiranjem. Na tom polju, razvijeno je mnogo više kandidata (~ 6000 nukleotida) koji su
imali dobru ili vrlo dobru selektivnost sparivanja i umnožavanja u PCR reakcijama. Ovdje
valja istaknuti najuspješnije parove nukleotida dMMO2-d5SICS, dNaM-d5SICS i dTPT3-
dNaM, čije učinkovitosti ugradnje u DNA tijekom PCR-a dosežu i do 99,7%, a selektivno se
ugrađuju tijekom replikacije i transkripcije in vivo u stanicama. |
