Pred pár miliardami rokov tancovali štyri molekuly do elegantnej štruktúry dvojzávitnicovej DNA, ktorá poskytuje kódy života na našej planéte. Boli však títo štyria hráči skutočne podstatní pre vzhľad života - alebo mohli ostatní spôsobiť vznik nášho genetického kódu?
Nová štúdia, publikovaná dnes (20. februára) v časopise Science, podporuje túto poslednú myšlienku: Vedci nedávno vytvarovali do svojej elegantnej štruktúry s dvoma skrutkovicami nový druh DNA a zistili, že má vlastnosti, ktoré môžu podporiť život.
Ak je však prírodná DNA poviedka, táto syntetická DNA je Tolstoy románom.
Vedci vytvorili syntetickú DNA pomocou štyroch ďalších molekúl, takže výsledný produkt mal kód pozostávajúci skôr z ôsmich písmen než zo štyroch. S nárastom listov mala táto DNA oveľa väčšiu kapacitu na ukladanie informácií. Vedci nazvali novú DNA „hachimoji“, čo v japončine znamená „osem písmen“ - rozširujúc tak predchádzajúcu prácu od rôznych skupín, ktoré vytvorili podobnú DNA pomocou šiestich písmen.
Písanie kódu
Prírodná DNA sa skladá zo štyroch molekúl, nazývaných dusíkaté bázy, ktoré sa spolu spájajú a vytvárajú tak kód života na Zemi: A sa viaže s T; G sa viaže s C. Hachimoji DNA obsahuje tieto štyri prírodné bázy plus štyri syntetickejšie vyrobené nukleotidové bázy: P, B, Z a S.
Výskumná skupina, ktorá zahŕňala niekoľko rôznych tímov v USA, vytvorila stovky týchto dvojitých helixov Hachimoji s rôznymi kombináciami prirodzených a syntetických párov nukleotidových báz. Potom vykonali sériu experimentov, aby zistili, či majú rôzne dvojité špirály vlastnosti potrebné na podporu života.
Prírodná DNA má charakteristickú vlastnosť, ktorú podľa všetkého nemá žiadna iná genetická molekula: Je stabilná a predvídateľná. To znamená, že vedci dokážu presne vypočítať, ako sa bude správať v určitých teplotách a prostrediach vrátane toho, kedy sa bude zhoršovať.
Ukazuje sa však, že vedci to dokázali aj s DNA Hachimoji - mohli by prísť so súborom pravidiel, ktoré môžu predvídať stabilitu DNA, keď je vystavená rôznym teplotám.
Požiadavky na život
Zistenie, že je možné pridať štyri syntetické bázy a stále získať „kód, ktorý je predvídateľný a programovateľný ... to je bezprecedentné,“ povedal Floyd Romesberg, profesor chémie v Scripps Research v Kalifornii, ktorý nebol súčasťou štúdie, ale kto predtým publikovaný výskum skoršieho šesťmiestneho kódu. Tento „medzník“ skutočne naznačuje, že G, C, A a T „nie sú jedinečné,“ povedal Romesberg pre Live Science.
Vedúci autor Steven Benner,súhlasil významný člen Nadácie pre aplikovanú molekulárnu evolúciu na Floride. Ak niekde inde vo vesmíre je život kódovaný aj v DNA, nebude to „presne ako to, čo tu máme na Zemi,“ povedal Benner pre Live Science. „Je veľmi užitočné mať v laboratóriu takéto experimenty, aby sme pochopili, aké alternatívne štruktúry.“
Ale vytvorenie DNA, ktorá ukladá informácie, nestačí, poznamenal Benner. Musí mať tiež schopnosť preniesť tieto informácie na svoju sesterskú molekulu RNA, aby RNA mohla potom inštruovať proteíny, aby vykonávali všetky činnosti v organizme.
S ohľadom na to vedci vyvinuli syntetické enzýmy - proteíny, ktoré uľahčujú reakciu - ktoré úspešne skopírovali DNA Hachimoji do RNA Hachimoji. Ďalej zistili, že molekula RNA sa dokázala zložiť do určitého tvaru L, ktorý by bol potrebný na ďalší prenos informácií.
Okrem toho musia byť reťazce DNA schopné stočiť sa do rovnakej trojrozmernej štruktúry - slávnej dvojzávitnice.
Tím vytvoril tri kryštalické štruktúry DNA Hachimoji, z ktorých každá mala rôzne sekvencie ôsmich párov báz, a zistila, že každá z nich skutočne tvorí klasickú dvojitú špirálu.
Napriek tomu, aby DNA Hachimoji podporovala život, existuje piata požiadavka, uviedol Benner. To znamená, že musí byť sebestačný alebo musí byť schopný sám prežiť. Vedci však prestali skúmať tento krok, aby zabránili tomu, aby sa molekula stala biohazardom, ktorý by sa jedného dňa mohol dostať do genómov organizmov na Zemi.
Rozšírenie slovnej zásoby
Okrem zahlcujúcich alternatív pre život vo vesmíre, má tento osem písmenový reťazec DNA tiež uplatnenie tu na našej planéte. Osem písmenová genetická abeceda uloží viac informácií a konkrétnejšie sa viaže na určité ciele, uviedol Benner. Napríklad DNA Hachimoji sa môže použiť na naviazanie na rakovinové bunky pečene alebo toxíny antraxu alebo sa môže použiť na urýchlenie chemických reakcií.
„Zvýšením počtu listov zo šiestich na osem sa značne zvýšila rozmanitosť sekvencií DNA,“ Ichiro Hirao, syntetický molekulárny biológ na Inštitúte bioinžinierstva a nanotechnológie, A * STAR v Singapure, ktorý tiež nebol súčasťou štúdie. , povedal v e-maile. (Tím spoločnosti Hirao sa však zapojil aj do predchádzajúceho výskumu, ktorý vytvoril šesťpísmenové reťazce DNA)
Samozrejme, „toto je iba prvá demonštrácia“ dvojpísmennej špirály DNA s 8 písmenami a na praktické použitie musíme zlepšiť presnosť a efektívnosť replikácie a transkripcie do RNA, uviedol Hirao v e-maile. Predstavuje si, že nakoniec dokážu vytvoriť ešte viac listov.
