Ett team av forskare ledda av University of Southampton har visat en banbrytande ny metod för gensyntes - ett viktigt forskningsverktyg med verkliga tillämpningar i allt från att växa transplanterbara organ till att utveckla behandlingar för cancer.

Nuvarande metoder för att syntetisera gener använder i stor utsträckning enzymer (naturligt förekommande biologiska katalysatorer) för att koppla samman korta DNA-strängar för att bilda de större strängarna som generna består av.

Dessa metoder har använts för att montera mycket långa DNA-strängar, såsom en organisms genom (hela dess uppsättning gener), men är begränsade på grund av deras beroende av enzymer. En av de största bristerna är att de inte tillåter inkorporering i specifika platser på DNA:t av epigenetisk information - ett sekundärt lager av genetisk information som kontrollerar uttrycket ('att slå på' eller 'av') av gener i celler.

Epigenetisk information spelar en viktig roll i flera biologiska processer, inklusive sjukdomar som cancer, vilket innebär att tillgång till epigenetiskt modifierade gener är avgörande för en bättre förståelse av sjukdomen och dess potentiella behandlingar.

I en studie publicerad idag [måndag 11 september] i tidskriften Naturkemi , forskare vid University of Southampton, i samarbete med partners vid University of Oxford och ATDBio (ett DNA-syntesföretag baserat i Southampton och Oxford), demonstrera en rent kemisk metod för gensammansättning som övervinner begränsningarna med befintliga metoder.

Det nya tillvägagångssättet bygger på en snabb och effektiv kemisk reaktion (den kopparkatalyserade alkyn-azidcykloadditionsreaktionen) känd som klickkemi för att sy ihop modifierade flera DNA-fragment till en gen (en process som kallas klick-DNA-ligering).

Klicklänkande DNA skapar "ärrbildning" i DNA:ts ryggrad, men tidigare arbete av teamet har visat att funktionen hos den resulterande DNA-strängen i bakterier och mänskliga celler är opåverkad.

Ali Tavassoli, Professor i kemisk biologi vid University of Southampton, som ledde studien, sa:"Vårt tillvägagångssätt är ett betydande genombrott i gensyntes. Vi har inte bara visat sammansättning av en gen med hjälp av klickkemi, vi har också visat att den resulterande DNA-strängen är fullt funktionell i bakterier, trots de ärr som bildas av sammanfogade fragment.

"Genomsyntes kommer att spela en allt viktigare roll i vetenskaplig forskning. Vi tror att vårt rent kemiska tillvägagångssätt har potential att avsevärt påskynda insatserna inom detta mycket viktiga område, och i slutändan leda till en bättre förståelse av biologiska system."

Det kemiska tillvägagångssättet innebär också att syntesen av stora DNA-strängar kan påskyndas avsevärt och möjliggöra att större mängder av en enda gen kan produceras. Det kan också tillåta att processen blir automatiserad, potentiellt minska tiden och kostnaderna.

Studiens medförfattare professor Tom Brown, vid University of Oxford, som också är gästprofessor vid University of Southampton, kommenterade:"Syntesen av kemiskt modifierade gener, vilket vi har uppnått genom ett radikalt nytt tillvägagångssätt, kommer att bli allt viktigare när effekterna av epigenetiskt modifierat DNA på genuttryck blir tydliga.

"Vi började det grundläggande arbetet med klickligering för över 10 år sedan, så det är mycket tillfredsställande att nu vara i det skede där vi kan visa detta fungerande och mycket effektiva nya tillvägagångssätt för gensyntes."