Před několika miliardami let tančily čtyři molekuly do elegantní struktury dvoušroubovice DNA, která poskytuje kódy života na naší planetě. Byli však tito čtyři hráči skutečně zásadní pro vzhled života - nebo mohli jiní také vyvolat náš genetický kód?
Nová studie, publikovaná dnes (20. února) v časopise Science, podporuje tento druhý návrh: Vědci nedávno vytvořili do své elegantní struktury s dvojitou spirálou nový druh DNA a zjistili, že má vlastnosti, které by mohly podporovat život.
Pokud je však přírodní DNA povídkou, je tato syntetická DNA Tolstoyovým románem.
Vědci vytvořili syntetickou DNA pomocí čtyř dalších molekul, takže výsledný produkt měl kód složený z osmi písmen, nikoli ze čtyř. S nárůstem dopisů měla tato DNA mnohem větší kapacitu pro ukládání informací. Vědci nazvali novou DNA „hachimoji“ - v japonštině znamená „osm písmen“ - rozšiřující se o předchozí práci z různých skupin, které vytvořily podobnou DNA pomocí šesti písmen.
Psaní kódu
Přírodní DNA se skládá ze čtyř molekul, nazývaných dusíkaté báze, které se navzájem spárují, aby vytvořily kód pro život na Zemi: A se váže s T; G se váže na C. Hachimoji DNA zahrnuje tyto čtyři přírodní báze plus čtyři synteticky vyrobené nukleotidové báze: P, B, Z a S.
Výzkumná skupina, která zahrnovala několik různých týmů napříč USA, vytvořila stovky těchto dvojitých šroubovice Hachimoji s různými kombinacemi přirozených a syntetických párů nukleotidových bází. Poté provedli řadu experimentů, aby zjistili, zda různé dvojité šroubovice neměly vlastnosti potřebné k podpoře života.
Přírodní DNA má charakteristickou vlastnost, kterou podle všeho nemá žádná jiná genetická molekula: Je stabilní a předvídatelná. To znamená, že vědci mohou přesně spočítat, jak se bude chovat v určitých teplotách a prostředích, včetně toho, kdy se sníží.
Ukazuje se však, že vědci to dokázali také s DNA Hachimoji - mohli by přijít s řadou pravidel, která mohou předpovědět stabilitu DNA, když je vystavena různým teplotám.
Požadavky na život
Zjištění, že je možné přidat čtyři syntetické báze a stále získat "kód, který je předvídatelný a programovatelný ... to je prostě bezprecedentní," řekl Floyd Romesberg, profesor chemie v Scripps Research v Kalifornii, který nebyl součástí studie, ale kdo dříve publikovaný výzkum dřívějšího šestimístného kódu. Tento „mezník“ skutečně naznačuje, že G, C, A a T „nejsou jedinečné,“ řekl Romesberg Live Science.
Hlavní autor Steven Benner,souhlasil významný člen Nadace pro aplikovanou molekulární evoluci na Floridě. Pokud je někde jinde ve vesmíru kódován také život v DNA, nebude to „přesně jako to, co tady máme na Zemi,“ řekl Benner Live Science. "Je velmi užitečné mít tyto experimenty v laboratoři, abychom pochopili, jaké alternativní struktury."
Ale vytvoření DNA, která ukládá informace, nestačí, poznamenal Benner. Rovněž musí mít schopnost přenést tyto informace na svou sesterskou molekulu RNA, aby mohla RNA potom instruovat proteiny, aby vykonávaly veškerou činnost v organismu.
S ohledem na to vědci vyvinuli syntetické enzymy - proteiny, které usnadňují reakci - které úspěšně kopírovaly DNA Hachimoji do RNA Hachimoji. Dále zjistili, že molekula RNA se dokázala složit do jakéhokoli tvaru L, který by byl nezbytný pro další přenos informací.
Kromě toho musí být řetězce DNA schopné kroucení do stejné trojrozměrné struktury - známé dvojité šroubovice.
Tým vytvořil tři krystalové struktury Hachimoji DNA, každá s různými sekvencemi osmi párů bází, a zjistil, že každá z nich tvořila klasickou dvojitou šroubovici.
Přesto, aby DNA Hachimoji podporovala život, existuje pátý požadavek, řekl Benner. To znamená, že musí být soběstačná nebo musí mít schopnost přežít sama. Výzkumníci však tento krok nezkoumali, aby se zabránilo tomu, aby se molekula stala biohazardem, který by se jednoho dne mohl dostat do genomů organismů na Zemi.
Rozšiřující se slovník
Kromě zábleskových alternativ pro život ve vesmíru, má tento osmimístný řetězec DNA také aplikace na naší planetě. Osmimístná genetická abeceda uloží více informací a konkrétněji se váže na určité cíle, řekl Benner. Například DNA Hachimoji může být použita k vazbě na buňky rakoviny jater nebo antraxové toxiny nebo může být použita k urychlení chemických reakcí.
"Zvýšením počtu dopisů ze šesti na osm se značně zvýšila rozmanitost sekvencí DNA," Ichiro Hirao, syntetický molekulární biolog z Institutu bioinženýrství a nanotechnologie, A * STAR v Singapuru, který také nebyl součástí studie , řekl v e-mailu. (Hiraův tým se však také zapojil do předchozího výzkumu, který vytvořil šestimístné řetězce DNA)
„Je to jen první demonstrace“ osmimístné dvojité šroubovice DNA a pro praktické použití musíme zlepšit přesnost a účinnost replikace a transkripce do RNA, uvedl Hirao v e-mailu. Představuje si, že nakonec budou schopni vytvořit ještě více písmen.
