Pár milliárd évvel ezelőtt négy molekula táncolt a DNS elegáns kettős hélix szerkezetébe, amely kódot nyújt az életre a bolygónkon. De ez a négy szereplő valóban alapvető-e az élet megjelenésében - vagy mások is okozhatták-e genetikai kódunkat?
Egy új tanulmány, amelyet ma (február 20.) jelentettek meg a Science folyóiratban, alátámasztja az utóbbi állítást: A tudósok nemrégiben újfajta DNS-t öntöttek elegáns kettős spirál szerkezetébe, és azt találták, hogy olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek támogathatják az életet.
De ha a természetes DNS rövid történet, akkor ez a szintetikus DNS Tolstoi regény.
A kutatók négy további molekula felhasználásával készítették a szintetikus DNS-t, így a kapott termék kódja nyolc betűből áll, nem pedig négyből. A betűk számának növekedésével ez a DNS sokkal nagyobb kapacitással rendelkezik az információk tárolására. A tudósok az új DNS-t "hachimoji" -nak - vagyis japánul "nyolc betű" -nek nevezték - kiterjesztették az előző munkára különböző csoportokból, amelyek hat betű segítségével hasonló DNS-t hoztak létre.
A kód írása
A természetes DNS négy molekulaból áll, úgynevezett nitrogén bázisokból áll, amelyek párosulnak egymással, hogy létrehozzák a földi élet kódját: A kötődik a T-hez; G kötődik a C-hez. A Hachimoji DNS magában foglalja ezt a négy természetes bázist, valamint négy további szintetikusan előállított nukleotidbázist: P, B, Z és S.
A kutatócsoport, amely az USA-ban több különböző csoportot foglal magában, ezekből a Hachimoji kettős spirálokból százokat készített, a természetes és a szintetikus nukleotid bázispárok különböző kombinációival. Ezután kísérleteket hajtottak végre annak megállapítására, hogy a különféle kettős spirálok rendelkeznek-e olyan tulajdonságokkal, amelyek szükségesek az élet fenntartásához.
A természetes DNS-nek olyan jellegzetes tulajdonsága van, melynek egyetlen genetikai molekulája sem tűnik úgy: Stabil és kiszámítható. Ez azt jelenti, hogy a kutatók pontosan kiszámíthatják, hogyan fog viselkedni bizonyos hőmérsékleteken és környezetekben, beleértve azt is, mikor romlik.
Kiderül, hogy a kutatók ezt a Hachimoji DNS-szel is meg tudták csinálni - kidolgozhattak olyan szabályrendszert, amely megjósolja a DNS stabilitását, ha különböző hőmérsékleteknek van kitéve.
Az élet követelményei
Arra a megállapításra, hogy a négy szintetikus bázist hozzáadhatjuk, és még mindig kaphatunk "kiszámítható és programozható kódot ... ez még soha nem látott" - mondta Floyd Romesberg, a kaliforniai Scripps Research kémiaprofesszora, aki nem vett részt a vizsgálatban, de korábban publikált kutatás egy korábbi hatbetűs kódról. Ez a "tájékozódási pont" valóban azt sugallja, hogy a G, C, A és T "nem különösek" - mondta Romesberg a Live Science-nek.
Senior szerző Steven Benner,egyetértett a floridai Alkalmazott Molekuláris Evolúció Alapítványának elismert munkatársa. Ha valahol az univerzumban az élet szintén a DNS-ben van kódolva, akkor nem lesz pontosan olyan, mint amilyen itt van a Földön "- mondta Benner a Live Science-nek. "Nagyon hasznos, ha ilyen típusú kísérleteket végezünk a laboratóriumban, hogy megértsük, milyen alternatív struktúrák vannak."
Benner azonban nem elég az információt tároló DNS létrehozása. Annak is képesnek kell lennie arra, hogy továbbítsa ezt az információt testvére molekula RNS-ére, hogy ez az RNS utasítsa a fehérjéket az összes üzleti tevékenység elvégzésére a szervezetben.
Ezt szem előtt tartva, a kutatók szintetikus enzimeket fejlesztettek ki - a fehérjéket, amelyek megkönnyítik a reakciót -, amelyek sikeresen lemásolták a Hachimoji DNS-t a Hachimoji RNS-be. Megállapították továbbá, hogy az RNS-molekula képes egy olyan L alakra hajlani, amely az információ további továbbításához szükséges.
Ezenkívül a DNS-szálaknak képesnek kell lenniük ugyanabba a háromdimenziós struktúrába - a híres kettős spirálba - csavarodni.
A csapat három Hachimoji DNS kristályszerkezetet készített, amelyek mindegyikében a nyolc bázispár különböző szekvenciái voltak, és megállapították, hogy valóban mindegyik a klasszikus kettős spirálot alkotja.
Ennek ellenére ahhoz, hogy a Hachimoji DNS támogassa az életet, van egy ötödik követelmény - mondta Benner. Vagyis önfenntartónak kell lennie, vagy képesnek kell lennie arra, hogy önmagában túlélje. A kutatók azonban abbahagyták ennek a lépésnek a vizsgálatát, hogy megakadályozzák a molekula biológiai veszélyét, amely egy napon a földi szervezetek genomjaiba is bejuthat.
Bővülő szókincs
A kozmoszban élő élet alternatíváinak áttekintésén kívül ez a nyolc betűs DNS-szál is alkalmazható itt a bolygónkon. A nyolcbetűs genetikai ábécé további információkat tárol, és bizonyos célpontokhoz kötődik pontosabban - mondta Benner. Például a Hachimoji DNS-t felhasználhatják a májdaganat-sejtekhez vagy antrax-toxinokhoz való kötődéshez, vagy fel lehet használni a kémiai reakciók felgyorsítására.
"Ha a betűk száma hatról nyolcra növekszik, a DNS-szekvenciák sokfélesége jelentősen megnő" - jelentette ki Ichiro Hirao, a szingapúri A * STAR Bioinformatikai és Nanotechnológiai Intézet szintetikus molekuláris biológusa, aki szintén nem vett részt a vizsgálatban. , mondta egy e-mailben. (A Hirao csapata azonban részt vett egy korábbi kutatásban is, amely hatbetűs DNS-szálakat hozott létre)
Természetesen "ez csak egy első bemutatója" egy nyolc betűs DNS kettős spirálnak, és gyakorlati alkalmazás céljából javítanunk kell az RNS-re történő replikáció és átírás pontosságát és hatékonyságát - mondta Hirao egy e-mailben. Azt képzeli, hogy végül képesek lehetnek még több levél felépítésére.
