Paar miljardit aastat tagasi tantsisid neli molekuli elegantsesse DNA topelt-heeliksistruktuuri, mis pakub meie planeedil elu koode. Kuid kas need neli mängijat olid elu välimuselt põhimõtteliselt olulised - või kas teised võisid ka meie geneetilise koodi tekitada?
Uus, täna (20. veebruaril) ajakirjas Science avaldatud uuring toetab viimast väidet: teadlased on hiljuti vorminud selle elegantse topelt-spiraali struktuuris uut tüüpi DNA ja leidnud, et sellel on omadused, mis võiksid elu toetada.
Kuid kui looduslik DNA on novell, on see sünteetiline DNA Tolstoi romaan.
Teadlased meisterdasid sünteetilise DNA, kasutades nelja täiendavat molekuli, nii et saadud produkti kood moodustas kaheksast, mitte neljast tähest. Tähtede arvu suurenemisega oli sellel DNA-l palju suurem teabe salvestamise võime. Teadlased nimetasid uut DNA-d "hachimoji" - mis tähendab jaapani keeles "kaheksa tähte" - laiendades eelnevat tööd erinevatest rühmadest, mis olid loonud sarnase DNA, kasutades kuut tähte.
Koodi kirjutamine
Looduslik DNA koosneb neljast molekulist, mida nimetatakse lämmastiku alusteks ja mis paarituvad üksteisega, moodustades Maa elu kood: A seob T; G seostub C. Hachimoji DNA sisaldab neid nelja looduslikku alust, lisaks veel nelja sünteetiliselt valmistatud nukleotiidi alust: P, B, Z ja S.
Uurimisrühm, kuhu kuulus mitu erinevat meeskonda kogu USA-s, lõi sadu neist Hachimoji topelt-heeliksidest koos looduslike ja sünteetiliste nukleotiidide aluspaaride erinevate kombinatsioonidega. Seejärel viisid nad läbi rea katseid, et teada saada, kas erinevatel topeltheeliksitel on elu toetamiseks vajalikke omadusi.
Looduslikul DNA-l on tunnusjoon, mida ühelgi teisel geneetilisel molekulil ei näi olevat: see on stabiilne ja etteaimatav. See tähendab, et teadlased saavad täpselt arvutada, kuidas see teatud temperatuuridel ja keskkonnas käitub, sealhulgas ka siis, kui see halveneb.
Kuid selgub, et teadlased suutsid seda teha ka Hachimoji DNA-ga - nad võiksid välja pakkuda reeglistiku, mis suudab ennustada DNA stabiilsust, kui see puutub kokku erinevate temperatuuridega.
Nõuded elule
Leiu, et on võimalik lisada neli sünteetilist alust ja saada ikkagi "ennustatav ja programmeeritav kood ... see on lihtsalt enneolematu", ütles California Scripps Researchi keemiaprofessor Floyd Romesberg, kes ei olnud uuringu osa, kuid kes varem avaldatud uurimistöö varasema kuutähelise koodi kohta. See "maamärk paber" viitab tõepoolest, et G, C, A ja T "pole ainulaadsed," rääkis Romesberg Live Science'ile.
Vanem autor Steven Benner,nõustus Floridas asuva Molekulaarse Evolutsiooni Sihtasutuse austatud mees. Kui kusagil mujal universumis on elu ka DNA-s kodeeritud, ei saa see olema täpselt selline, nagu meil siin Maa peal on, "ütles Benner Live Science'ile. "See on väga kasulik, kui laboris on selliseid katseid, et mõista, millised alternatiivsed struktuurid on."
Kuid teabe salvestava DNA loomisest ei piisa, märkis Benner. Samuti peab sellel olema võimalus edastada see teave oma õdemolekuli RNA-le, nii et see RNA saaks seejärel juhendada valke kogu organismi äritegevuse teostamiseks.
Seda silmas pidades arendasid teadlased sünteetilisi ensüüme - valke, mis hõlbustavad reaktsiooni -, mis kopeerisid Hachimoji DNA edukalt Hachimoji RNA-sse. Lisaks leidsid nad, et RNA molekul suutis voldida omamoodi L-kujuks, mis on vajalik teabe edasiseks edastamiseks.
Lisaks peavad DNA ahelad olema võimelised keerduma samasse kolmemõõtmelisse struktuuri - kuulsasse kaksikheeliksisse.
Meeskond lõi kolm Hachimoji DNA kristallstruktuuri, millel kõigil olid kaheksa aluspaari erinevad järjestused, ja leidsid, et tõepoolest, mõlemad moodustasid klassikalise kahekordse spiraali.
Benner ütles, et selleks, et Hachimoji DNA toetaks elu, on selleks viies nõue. See tähendab, et see peab olema isemajandav või suutma iseseisvalt ellu jääda. Teadlased lõpetasid aga selle sammu uurimise, et vältida molekuli muutumist bioloogiliseks ohuks, mis võiks ühel päeval Maa peal organismide genoomidesse edasi liikuda.
Laienev sõnavara
Lisaks kosmose elu alternatiivide pilguheitmisele on sellel kaheksa tähelisel DNA ahelal rakendusi ka siin meie planeedil. Kaheksa täheline geneetiline tähestik salvestab rohkem teavet ja seob konkreetsemalt teatud sihtmärke, ütles Benner. Näiteks võib Hachimoji DNA-d kasutada maksavähirakkude või siberi katku toksiinidega seondumiseks või kasutada keemiliste reaktsioonide kiirendamiseks.
"Kui suurendate tähtede arvu kuuelt kaheksale, suureneb oluliselt DNA järjestuste mitmekesisus," ütles Ichiro Hirao, Singapuri bioinseneriteaduse ja nanotehnoloogia instituudi A * STAR sünteetiline molekulaarbioloog, kes samuti ei olnud uuringu osa. , öeldi meilisõnumis. (Hirao meeskond osales ka varasemates uuringutes, mis lõid kuue tähega DNA ahelad)
Muidugi on "see vaid kaheksa täheline DNA topeltheeliksi esimene demonstratsioon" ja praktiliseks kasutamiseks peame parandama RNA-sse kopeerimise ja transkriptsiooni täpsust ja tõhusust, ütles Hirao meilisõnumis. Ta arvab, et lõpuks suudavad nad veelgi rohkem tähti koostada.
