NickKarv

Η Συνθετική βιολογία είναι ένας διεπιστημονικός κλάδος βιολογίας και μηχανικής. Η μείωση του κόστους σύνθεσης DNA σε συνδυασμό με την πρόοδο της τεχνολογίας συνέβαλλαν στην τρέχουσα επιτυχία της βιομηχανίας της συνθετικής βιολογίας, η οποία  καθίσταται πλέον έναν από τους πιο χρηματοδοτούμενους τομείς της εμπορικής βιοτεχνολογίας.

Η συνθετική βιολογία χαρακτηρίζεται ως όποια μορφή μηχανικής βιολογίας που απαιτεί σύγχρονη τεχνολογία σύνθεσης γονιδίων ή προηγμένες τεχνικές βιοτεχνολογίας με σκοπό τον χειρισμό της ζώσας ύλης και τον προγραμματισμό συγκεκριμένων οργανισμών να εκτελούν επιθυμητές διεργασίες. Οι συνθετικοί βιολόγοι αξιοποιούν υψηλής τεχνολογίας εργαλεία ώστε να δημιουργούν ζωντανά συστήματα- συχνά χρησιμοποιώντας γνώσεις που έχουν αποκτήσει από πολλά πεδία.

Οι επιστήμονες που ασχολούνται με συνθετική βιολογία προσεγγίζουν πεδία όπως η βιοτεχνολογία, η γενετική μηχανική, η μοριακή βιολογία και μοριακή μηχανική, η βιολογία συστημάτων, επιστήμη των μεμβρανών, η βιοφυσική, η χημική μηχανική και η βιολογική μηχανική,  η ηλεκτρολογική μηχανική και μηχανική των υπολογιστών, η μηχανική ελέγχου και η εξελικτική βιολογία. Η συνθετική βιολογία εφαρμόζει τις αρχές αυτών των τομέων για να δημιουργήσει τεχνητά βιολογικά συστήματα για την έρευνα, τη μηχανική και για ιατρικές εφαρμογές.

Ριβόζυμο

Τα ριβόζυμα είναι μόρια RNA που έχουν τη δυνατότητα να καταλύουν συγκεκριμένες βιοχημικές αντιδράσεις, παρόμοια με τη δράση των πρωτεϊνικών ενζύμων.  Η ανακάλυψη των ριβοζύμων το 1982 έδειξε ότι  το RNA μπορεί να είναι γενετικό υλικό (όπως το DNA) και βιολογικός καταλύτης (όπως τα πρωτεϊνικά ένζυμα), και συνέβαλλε στην καθολική υπόθεση για το RNA, που υποστηρίζει ότι το RNA μπορεί να υπήρξε σημαντικό στην εξέλιξη των αυτό-αντιγραφόμενων συστημάτων. [1] Οι πιο συνηθισμένες λειτουργίες των φυσικών ή των εξελιγμένων in vitro ριβοζύμων είναι το κόψιμο ή η σύνδεση RNA και DNA και η δημιουργία πεπτιδικών δεσμών. [2] Μέσα στο ριβόσωμα, τα ριβόζυμα λειτουργούν ως μέρος της μεγάλης υπομονάδας του ριβοσωμικού RNA συνδέοντας αμινοξέα κατά τη διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Επίσης συμμετέχουν σε μια ποικιλία αντιδράσεων επεξεργασίας του RNA, συμπεριλαμβανομένων της ωρίμανσης του RNA και του πολλαπλασιασμού των ιών.

Ερευνητές μελετώντας την προέλευση της ζωής έχουν παράγει ριβόζυμα στο εργαστήριο τα οποία έχουν την ικανότητα να καταλύουν την δικιά τους σύνθεση από ενεργοποιημένα μονομερή κάτω από πολύ συγκεκριμένες συνθήκες, όπως το ριβόζυμο της RNA πολυμεράσης. [3]

Προσπάθειες έχουν γίνει να αναπτυχθούν ριβόζυμα ως θεραπευτικοί παράγοντες, ως ένζυμα που στοχεύουν συγκεκριμένες αλληλουχίες RNA για κόψιμο, ως βιοαισθητήρες, και ως εφαρμογές στη λειτουργική γενομική και στην ανακάλυψη γονιδίων. [6]

Είδη ριβοζύμων

Τα σημαντικότερα είδη των διάφορων ριβόζυμων που μπορούν να αξιοποιηθούν ως λειτουργικές συσκευές πχ σε aptazymes :

1. Hammerhead: το πιο καλά μελετημένο. Υπάρχει σε όλα τα βασίλεια με αντιπροσωπευτικότερο το Schistosoma mansoni, μέχρι και τον άνθρωπο. Μπορεί να είναι cis- ή trans-cleaving. Απαιτεί ιόντα μαγνησίου.
2. Twister - Twister sister: ομοίως με τα hammerhead, το S. mansoni περιέχει τα περισσότερα στο γονιδίωμα του. Από τις υψηλότερες καταλυτικές ταχύτητες, είναι cis-cleaving. Έχουν μεταξύ τους κάποιες μικρές διαφορές στη δομή. Απαιτούν ιόντα μαγνησίου.
3. Pistol/Hatchet: cis-cleaving, απαιτούν ιόντα μαγνησίου.
4. Hairpin: cis-cleaving, από ιούς φυτών (πχ  tobacco ringspot virus - sTRSV)
5. Varkud satellite (VS) ribozyme: το μεγαλύτερο ριβόζυμο, cis-cleaving, ανευρίσκεται στα μιτοχόνδρια του Varkud - 1C strain του είδους Neurospora.

Δομή

Η δομή των ριβόζυμων περιλαμβάνει στελέχη (stems), δηλαδή περιοχές όπου σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνων μεταξύ συμπληρωματικών περιοχών του RNA, θηλιές (knots) όπου δεν υπάρχουν δεσμοί και ψευτοθηλιές (pseudoknots) όπου σχηματίζεται μια θηλιά μεταξύ δύο στελεχών. Οι πιο σημαντικές αλληλεπιδράσεις είναι αυτές που σχηματίζονται μεταξύ διαφορετικών stems, καθώς αυτές σταθεροποιούν το μόριο και αυξάνουν την καταλυτική του δραστηριότητα.