Pred nekaj milijardami let so štiri molekule zaplesale v elegantni strukturi DNK z dvojno vijačnico, ki zagotavlja kode za življenje na našem planetu. Toda ali so bili ti štirje igralci resnično temeljni za življenjski videz - ali so lahko tudi drugi povzročili naš genetski zapis?
Nova študija, objavljena danes (20. februarja) v reviji Science, podpira slednjo trditev: Znanstveniki so pred kratkim oblikovali novo vrsto DNK v svojo elegantno strukturo z dvojno vijačnico in ugotovili, da ima lastnosti, ki lahko podpirajo življenje.
Če pa je naravna DNK kratka zgodba, je ta sintetični DNK tolstojevski roman.
Raziskovalci so izdelali sintetično DNK s pomočjo štirih dodatnih molekul, tako da je imel nastali izdelek kodo, sestavljeno iz osmih črk in ne iz štirih. S povečanjem črk je imela ta DNK veliko večjo sposobnost shranjevanja informacij. Znanstveniki so novi DNK poimenovali "hachimoji" - v japonščini pomeni "osem črk" - ki se je razširil na prejšnje delo različnih skupin, ki so s šestimi črkami ustvarile podobno DNK.
Pisanje kode
Naravni DNK je sestavljen iz štirih molekul, imenovanih dušikove baze, ki se združujejo med seboj in tvorijo kodo za življenje na Zemlji: A se veže s T; G se veže s C. Hachimojijev DNK vključuje te štiri naravne baze in še štiri sintetično izdelane nukleotidne baze: P, B, Z in S.
Raziskovalna skupina, ki je vključevala več različnih skupin po ZDA, je ustvarila na stotine teh Hachimoji dvojnih vijačnic z različnimi kombinacijami naravnih in sintetičnih nukleotidnih baznih parov. Nato so izvedli vrsto eksperimentov, da bi ugotovili, ali imajo različne dvojne vijačnice lastnosti, potrebne za podporo življenju.
Naravna DNK ima značilno lastnost, za katero se zdi, da nima nobene druge genske molekule: Je stabilna in predvidljiva. To pomeni, da lahko raziskovalci natančno izračunajo, kako se bo obnašal v določenih temperaturah in okolju, tudi kdaj se bo poslabšal.
Toda izkazalo se je, da so raziskovalci to lahko storili tudi s DNK Hachimoji - lahko bi ustvarili nabor pravil, ki lahko napovedujejo stabilnost DNK, ko je izpostavljena različnim temperaturam.
Zahteve za življenje
Ugotovitev, da je mogoče dodati štiri sintetične podlage in še vedno dobiti "kodo, ki je predvidljiva in programirljiva ... to je preprosto brez primere", je dejal Floyd Romesberg, profesor kemije v Scripps Research v Kaliforniji, ki ni bil del študije, vendar kdo prej objavljene raziskave prejšnje šestčrkovne kode. Ta "mejnik" resnično kaže, da G, C, A in T "niso edinstveni," je povedal Romesberg za Live Science.
Starejši avtor Steven Benner,so se strinjali ugledni kolegi iz Fundacije za uporabno molekularno evolucijo na Floridi. Če je nekje drugje v vesolju življenje kodirano tudi v DNK, to ne bo "točno tako, kot ga imamo tukaj na Zemlji," je Benner povedal Live Science. "Zelo koristno je tovrstne poskuse v laboratoriju, da bi razumeli, kaj alternativne strukture."
Toda ustvarjanje DNK, ki hrani podatke, ni dovolj, je opozoril Benner. Prav tako mora imeti možnost, da te informacije prenese na svojo sestrsko molekulo RNA, tako da lahko RNA nato pouči beljakovine, da izvajajo vse posle v organizmu.
Glede na to so raziskovalci razvili sintetične encime - beljakovine, ki olajšajo reakcijo - ki so uspešno kopirali Hachimoji DNA v Hachimoji RNA. Poleg tega so ugotovili, da se molekula RNA lahko zloži v nekakšno obliko L, ki bi ji bila potrebna za nadaljnji prenos informacij.
Poleg tega morajo biti verige DNA sposobne zviti v isto tridimenzionalno strukturo - znano dvojno vijačnico.
Skupina je ustvarila tri kristalne strukture DNK Hachimojija, vsaka z različnimi zaporedji osmih baznih parov, in ugotovili so, da je vsak resnično tvoril klasično dvojno vijačnico.
Bennerjeva je dejala, da ima DNK Hachimoji še vedno peto zahtevo. Se pravi, da mora biti samooskrben ali imeti možnost preživetja sam. Vendar pa raziskovalci tega koraka niso več preiskovali, da bi preprečili, da bi molekula postala biološka nevarnost, ki bi lahko nekega dne vstopila v genome organizmov na Zemlji.
Širjenje besedišča
Ta osemtisočkovni DNK ima poleg tega, da bi našel alternative za življenje v kozmosu, tudi na našem planetu. Bennerjeva genetska abeceda bo shranjevala več informacij in se natančneje vezala na določene cilje, je dejal Benner. Na primer, DNK Hachimoji se lahko uporablja za vezavo na rakave celice jeter ali antraks, ali pa se uporabi za pospešitev kemičnih reakcij.
"S povečanjem števila črk s šest na osem se raznolikost zaporedja DNK močno poveča," je Ichiro Hirao, sintetični molekularni biolog na Inštitutu za bioinženirstvo in nanotehnologijo, A * STAR v Singapurju, ki prav tako ni bil del študije , je zapisano v elektronskem sporočilu. (Hiraojeva ekipa pa je bila vključena tudi v prejšnje raziskave, ki so ustvarile šestčrkovne verige DNK)
Seveda je "to le prva predstavitev" osemčrkovne dvojne vijačnice DNK, za praktično uporabo pa moramo izboljšati natančnost in učinkovitost podvajanja in prepisovanja v RNA, je v elektronskem sporočilu povedal Hirao. Zamišlja si, da bi sčasoma lahko sestavili še več črk.
