Prije nekoliko milijardi godina četiri su molekule zaplesale u elegantnoj strukturi DNK s dvostrukom spirali koja pruža šifre za život na našem planetu. Jesu li ta četiri igrača zaista bila temeljna za životni izgled - ili su i drugi mogli stvoriti naš genetski kod?
Nova studija, objavljena danas (20. veljače) u časopisu Science, podupire potonju tvrdnju: Znanstvenici su nedavno oblikovali novu vrstu DNK u svoju elegantnu strukturu s dvostrukom spiralijom i otkrili da imaju svojstva koja mogu podržati život.
Ali ako je prirodna DNK kratka priča, taj sintetički DNK je Tolstojev roman.
Istraživači su napravili sintetičku DNK pomoću četiri dodatne molekule, tako da je dobiveni proizvod imao kod sastavljen od osam slova, a ne četiri. Sa porastom slova ova DNK imala je i mnogo veći kapacitet za pohranu podataka. Znanstvenici su novu DNK nazvali "hachimoji" - što na japanskom znači "osam slova", proširivši se na prethodni rad iz različitih skupina koje su stvorile sličnu DNK koristeći šest slova.
Pisanje koda
Prirodni DNK sastoji se od četiri molekule, nazvane dušične baze, koje se spajaju jedna s drugom kako bi tvorile kod za život na Zemlji: A veže se sa T; G se veže s C. Hachimoji DNA uključuje ove četiri prirodne baze, plus još četiri sintetički stvorene nukleotidne baze: P, B, Z i S.
Istraživačka skupina, koja je uključivala nekoliko različitih timova diljem Sjedinjenih Država, stvorila je stotine ovih Hachimoji dvostrukih spirala s različitim kombinacijama prirodnih i sintetskih nukleotidnih baza. Zatim su izveli niz eksperimenata kako bi utvrdili imaju li različite dvostruke spirale svojstva potrebna za život.
Prirodna DNK obilježje je svojstva za koje se čini da nijedna druga genetska molekula nije stabilna i predvidljiva. To znači da istraživači mogu točno izračunati kako će se ponašati u određenim temperaturama i okolinama, uključujući i kada će propadati.
No ispada da su i istraživači to mogli učiniti s Hachimoji-jevom DNK - mogli su smisliti niz pravila koja mogu predvidjeti stabilnost DNK-a kada je izložena različitim temperaturama.
Zahtjevi za život
Otkriće da je moguće dodati četiri sintetičke baze i još uvijek dobiti "kôd koji je predvidljiv i programirati ... to je jednostavno bez presedana", rekao je Floyd Romesberg, profesor kemije u Scripps Research u Kaliforniji, koji nije bio dio studije, ali koji prethodno objavljeno istraživanje na ranijem šestodatnom kodu. Ovaj "značajni papir" zaista sugerira da G, C, A i T "nisu jedinstveni", rekao je Romesberg za Live Science.
Viši autor Steven Benner,složio se ugledni kolega iz Fondacije za primijenjenu molekularnu evoluciju na Floridi. Ako je negdje drugdje u svemiru život također kodiran DNK-om, to neće biti "sasvim onako kako imamo ovdje na Zemlji", rekao je Benner za Live Science. "Vrlo je korisno imati takve eksperimente u laboratoriju da bismo razumjeli što alternativne strukture."
Ali stvaranje DNA koja pohranjuje informacije nije dovoljno, primijetio je Benner. Ona također mora imati mogućnost da te informacije prenese na svoju sestrinsku molekulu RNA, tako da tada RNA može uputiti bjelančevine da obavljaju sve poslove u organizmu.
Imajući to u vidu, istraživači su razvili sintetičke enzime - proteine koji olakšavaju reakciju - koji su uspješno kopirali Hachimoji DNA u Hachimoji RNA. Nadalje, otkrili su da se molekula RNA može saviti u neku vrstu L koja će joj biti potrebna za daljnji prijenos informacija.
Uz to, lanci DNK moraju se moći uviti u istu trodimenzionalnu strukturu - čuvenu dvostruku spiraliju.
Tim je stvorio tri kristalne strukture DNA Hachimojija, svaka s različitim nizovima od osam baznih parova, i otkrili su da svaki od njih formira klasičnu dvostruku spiralu.
Ipak, kako bi DNA Hachimoji mogao podržati život, postoji peti zahtjev, rekao je Benner. Odnosno, treba biti samoodrživ ili imati sposobnost preživljavanja sam. Međutim, istraživači su prestali s istraživanjem ovog koraka, kako bi spriječili da molekula postane biološki opasnost koja bi jednog dana mogla upasti u genome organizama na Zemlji.
Rječnik koji se širi
Osim što smo vidjeli alternative za život u kosmosu, ovaj lanac DNA s osam slova ima i primjene ovdje na našoj planeti. Genetska abeceda od osam slova pohranit će više podataka i određenije se odnositi na određene ciljeve, rekao je Benner. Na primjer, DNK Hachimoji može se koristiti za vezanje na stanice raka jetre ili antraks, ili se koristi za ubrzavanje kemijskih reakcija.
"Povećanjem broja slova sa šest na osam, raznolikost DNK sekvenci uvelike se povećava", Ichiro Hirao, sintetički molekularni biolog s Instituta za bioinžinjering i nanotehnologiju, A * STAR u Singapuru, koji također nije bio dio studije , navodi se u e-poruci. (Hiraoov tim također je sudjelovao u prethodnim istraživanjima koja su stvorila DNA slojeve sa šest slova)
Naravno, "ovo je samo prva demonstracija" dvostruke spirale DNA s osam slova, a za praktičnu upotrebu trebamo poboljšati točnost i učinkovitost replikacije i transkripcije u RNA, rekao je Hirao u e-poruci. Zamišlja da bi na kraju oni mogli sastaviti još više slova.
