Pari miljardia vuotta sitten neljä molekyyliä tanssivat tyylikkääseen DNA: n kaksoishelix-rakenteeseen, joka tarjoaa koodit elämälle planeetallamme. Mutta olivatko nämä neljä pelaajaa todella perustavanlaatuista elämän ulkonäön kannalta - vai olisiko muutkin voineet synnyttää geneettisen koodimme?
Uusi tutkimus, joka julkaistiin tänään (20. helmikuuta) Science-lehdessä, tukee jälkimmäistä väitettä: Tutkijat ovat viime aikoina valanneet uuden tyyppistä DNA: ta sen tyylikkään kaksoiskierrerakenteeseen ja todenneet, että sillä on ominaisuuksia, jotka voivat tukea elämää.
Mutta jos luonnollinen DNA on novelli, tämä synteettinen DNA on Tolstoi-romaani.
Tutkijat muotoilivat synteettisen DNA: n neljällä lisämolekyylillä, niin että saadulla tuotteella oli koodi, joka koostui kahdeksasta kirjaimesta neljän sijaan. Kirjeiden lisääntyessä tällä DNA: lla oli paljon suurempi kyky tallentaa tietoa. Tutkijat kutsuivat uutta DNA: ta "hachimoji" - tarkoittaen japaniksi "kahdeksan kirjainta" -, joka laajensi aiempaa työtä eri ryhmiltä, jotka olivat luoneet samanlaisen DNA: n kuutta kirjainta käyttämällä.
Koodin kirjoittaminen
Luonnollinen DNA koostuu neljästä molekyylistä, joita kutsutaan typpipohjaisiksi emäksiksi ja jotka pariksi muodostuvat toistensa kanssa muodostaen maapallon elämän koodin: A sitoutuu T: n kanssa; G sitoutuu C: hen. Hachimoji-DNA sisältää nämä neljä luonnollista emästä plus neljä synteettisesti valmistettua nukleotidiemästä: P, B, Z ja S.
Tutkimusryhmä, johon kuului useita erilaisia joukkueita Yhdysvalloissa, loi satoja näitä Hachimoji-kaksoishelixejä erilaisilla yhdistelmillä luonnollisia ja synteettisiä nukleotidiemäsparia. Sitten he suorittivat sarjan kokeita selvittääkseen, oliko erilaisilla kaksoiskierroksilla ominaisuuksia, joita tarvittiin elämän tukemiseksi.
Luonnollisella DNA: lla on tunnusomaisuus, jolla millään muulla geneettisellä molekyylillä ei näytä olevan: Se on vakaa ja ennustettavissa. Tämä tarkoittaa, että tutkijat voivat laskea tarkalleen kuinka se käyttäytyy tietyissä lämpötiloissa ja ympäristöissä, myös silloin, kun se huononee.
Mutta osoittautuu, että tutkijat pystyivät myös tekemään tämän Hachimoji-DNA: n kanssa - he saattoivat laatia joukon sääntöjä, jotka voivat ennakoida DNA: n stabiilisuuden, kun se altistetaan eri lämpötiloille.
Elämää koskevat vaatimukset
Tulos siihen, että on mahdollista lisätä neljä synteettistä emästä ja saada silti "koodi, joka on ennustettavissa ja ohjelmoitavissa ... se on vain ennennäkemätöntä", kertoi Kalifornian Scripps Researchin kemian professori Floyd Romesberg, joka ei ollut osa tutkimusta, mutta kuka aiemmin julkaistu tutkimus aikaisemmasta kuuden kirjaimen koodista. Tämä "maamerkki paperi" viittaa todellakin siihen, että G, C, A ja T "eivät ole ainutlaatuisia", Romesberg kertoi Live Science: lle.
Vanhempi kirjailija Steven Benner,arvostettu stipendiaatti Floridassa sijaitsevan soveltuvan molekyylin evoluution säätiössä, sopi. Jos jossain muualla maailmankaikkeudessa elämä on myös koodattu DNA: han, se ei tule olemaan "aivan kuin meillä täällä maan päällä", Benner kertoi Live Science: lle. "On erittäin hyödyllistä, että tällaisia kokeita tehdään laboratoriossa ymmärtääksesi mitä vaihtoehtoisia rakenteita."
Mutta tiedon tallentavan DNA: n luominen ei riitä, Benner totesi. Sillä on myös oltava kyky siirtää tämä tieto sisarmolekyylin RNA: lle, jotta RNA voi sitten määrätä proteiineja suorittamaan kaiken liiketoiminnan organismissa.
Tätä silmällä pitäen tutkijat kehittivät synteettisiä entsyymejä - proteiineja, jotka helpottavat reaktiota -, jotka kopioivat Hachimoji-DNA: n onnistuneesti Hachimoji-RNA: hon. Lisäksi he havaitsivat, että RNA-molekyyli pystyi taittumaan eräänlaiseen L-muotoon, joka olisi tarpeen sen edelleen tiedonsiirtoon.
Lisäksi DNA-juosteiden on kyettävä kiertymään samaan kolmiulotteiseen rakenteeseen - kuuluisaan kaksoiskierreeseen.
Ryhmä loi kolme Hachimoji DNA: n kiderakennetta, joista jokaisella oli kahdeksan emäsparin eri sekvenssit, ja havaitsi, että todellakin, kumpikin muodosti klassisen kaksoiskierre.
Vielä viides vaatimus on Hachimoji-DNA: n tukeminen elämässä, Benner sanoi. Eli sen on oltava itsensä ylläpitävää tai kykyä selviytyä yksinään. Tutkijat lopettivat kuitenkin tutkimuksen tämän vaiheen estääkseen molekyylin muuttumisen biologiseksi vaaratekijäksi, joka voisi jonain päivänä toimia tiensä kautta organismien genomiin maan päällä.
Laajeneva sanasto
Tämän kahdeksan kirjaimen DNA-juosteen lisäksi, joka näyttää valinnaisia vaihtoehtoja elämälle kosmoksessa, on myös sovelluksia täällä planeetallamme. Kahdeksan kirjaimen geneettinen aakkosto tallentaa enemmän tietoa ja sitoutuu tarkemmin tiettyihin kohteisiin, Benner sanoi. Esimerkiksi Hachimoji-DNA: ta voidaan käyttää sitoutumaan maksasyövän soluihin tai pernaruttoksiiniin tai sitä voidaan käyttää kemiallisten reaktioiden nopeuttamiseen.
"Nostamalla kirjeiden lukumäärää kuudesta kahdeksaan, DNA-sekvenssien monimuotoisuus kasvaa huomattavasti", synteettinen molekyylibiologi Ichiro Hirao, Singaporen Bio-tekniikan ja nanoteknologian instituutti, A * STAR, joka ei myöskään ollut osa tutkimusta , sanoi sähköpostissa. (Hiraon joukkue oli kuitenkin mukana myös aikaisemmassa tutkimuksessa, joka loi kuuden kirjaimen DNA-juosteet)
Tietenkin, "tämä on vain ensimmäinen demonstraatio" kahdeksan kirjaimen DNA-kaksoiskierroksesta, ja käytännölliseen käyttöön meidän on parannettava replikaation ja RNA: han transkription tarkkuutta ja tehokkuutta, Hirao sanoi sähköpostissa. Hän kuvittelee, että lopulta he voisivat pystyä rakentamaan vielä enemmän kirjeitä.
