Pirms pāris miljardiem gadu četras molekulas dejoja elegantajā DNS div spirāles struktūrā, kas nodrošina dzīves kodus uz mūsu planētas. Bet vai šie četri spēlētāji tiešām bija dzīvības parādīšanās pamatelementi - vai arī citi varēja izraisīt mūsu ģenētisko kodu?
Jauns pētījums, kas šodien (20. februārī) publicēts žurnālā Science, atbalsta pēdējo apgalvojumu: Zinātnieki nesen ir izkausējuši jauna veida DNS tā elegantajā dubultā spirāles struktūrā un secinājuši, ka tam ir īpašības, kas varētu atbalstīt dzīvību.
Bet, ja dabiskā DNS ir īss stāsts, šī sintētiskā DNS ir Tolstoja romāns.
Pētnieki sintētisko DNS izstrādāja, izmantojot četras papildu molekulas, lai iegūtajam produktam būtu kods, kas sastāv no astoņiem, nevis četriem burtiem. Palielinoties burtiem, šai DNS bija daudz lielāka spēja glabāt informāciju. Zinātnieki jauno DNS sauca par “hachimoji” - kas japāņu valodā nozīmē “astoņi burti” -, paplašinot iepriekšējo darbu no dažādām grupām, kuras bija izveidojušas līdzīgu DNS, izmantojot sešus burtus.
Koda rakstīšana
Dabisko DNS veido četras molekulas, kuras sauc par slāpekļa bāzēm un sapārojas viena otrai, veidojot dzīves veidu uz Zemes: A saistās ar T; G saistās ar C. Hachimoji DNS satur šīs četras dabiskās bāzes, kā arī vēl četras sintētiski izgatavotas nukleotīdu bāzes: P, B, Z un S.
Pētniecības grupa, kurā ietilpa vairākas dažādas komandas visā ASV, izveidoja simtiem šo Hachimoji dubultās spirāles ar dažādām dabisko un sintētisko nukleotīdu bāzes pāru kombinācijām. Pēc tam viņi veica virkni eksperimentu, lai noskaidrotu, vai dažādām dubultās spirāles piemīt īpašības, kas vajadzīgas dzīvības uzturēšanai.
Dabiskajai DNS ir raksturīga īpašība, kas, šķiet, nav nevienai citai ģenētiskai molekulai: Tā ir stabila un paredzama. Tas nozīmē, ka pētnieki var precīzi aprēķināt, kā tā izturēsies noteiktā temperatūrā un vidē, ieskaitot to, kad tā pasliktināsies.
Bet izrādās, ka pētnieki to varēja izdarīt arī ar Hachimoji DNS - viņi varēja nākt klajā ar noteikumu kopumu, kas var paredzēt DNS stabilitāti, kad tā tiek pakļauta dažādām temperatūrām.
Prasības dzīvei
Atklājums, ka ir iespējams pievienot četras sintētiskās bāzes un joprojām iegūt "kodu, kas ir paredzams un programmējams ... tas ir vienkārši nebijis", sacīja Floyd Romesberg, Scripps Research ķīmijas profesors Kalifornijā, kurš nebija pētījuma sastāvdaļa, bet kurš iepriekš publicēts pētījums par agrāku sešu burtu kodu. Šis "orientierpapīrs" patiešām liek domāt, ka G, C, A un T "nav unikālas," Live Science pastāstīja Romesbergs.
Vecākais autors Stīvens Benners,piekrita izcils kolēģis Floridas lietišķās molekulārās evolūcijas fondā. Ja kaut kur citur Visumā dzīve tiek kodēta arī ar DNS, tā nebūs "tieši tāda, kāda mums ir šeit uz Zemes", Benners stāstīja Live Science. "Ir ļoti noderīgi veikt šāda veida eksperimentus laboratorijā, lai saprastu, kādas ir alternatīvas struktūras."
Bet ar DNS izveidošanu, kas uzglabā informāciju, nepietiek, atzīmēja Benners. Tai arī jābūt iespējai pārsūtīt šo informāciju uz māsas molekulu RNS, lai šī RNS pēc tam varētu dot norādījumus olbaltumvielām veikt visu biznesu organismā.
Paturot to prātā, pētnieki izstrādāja sintētiskos fermentus - olbaltumvielas, kas atvieglo reakciju -, kas veiksmīgi kopēja Hachimoji DNS Hachimoji RNS. Turklāt viņi atklāja, ka RNS molekula spēj salocīties L veida formā, kas būtu nepieciešama, lai tā turpinātu pārsūtīt informāciju.
Turklāt DNS virzieniem jāspēj savīties tajā pašā trīsdimensiju struktūrā - slavenajā divkāršajā spirālē.
Komanda izveidoja trīs Hachimoji DNS kristāla struktūras, katra ar atšķirīgām astoņu bāzes pāru sekvencēm, un secināja, ka patiešām katra veido klasisko dubultā spirāli.
Tomēr, lai Hachimoji DNS atbalstītu dzīvību, ir vajadzīga piektā prasība, sacīja Benners. Tas ir, tai jābūt pašpietiekamai vai jāspēj pati izdzīvot. Tomēr pētnieki pārtrauca šī posma izpēti, lai novērstu molekulas kļūšanu par bioloģiskām briesmām, kuras kādu dienu varētu nonākt organismu genomos uz Zemes.
Paplašinās vārdu krājums
Papildus astoņu dzīves alternatīvu ieskatam šai astoņu burtu DNS virknei ir pielietojums arī uz mūsu planētas. Astoņu burtu ģenētiskais alfabēts saglabās vairāk informācijas un konkrētāk saistīsies ar noteiktiem mērķiem, sacīja Benners. Piemēram, Hachimoji DNS var izmantot, lai saistītos ar aknu vēža šūnām vai Sibīrijas mēra toksīniem, vai arī, lai paātrinātu ķīmiskās reakcijas.
"Palielinot burtu skaitu no sešiem līdz astoņiem, ievērojami palielinās DNS sekvenču daudzveidība," saka Ichiro Hirao, sintētiskais molekulārais biologs no Singapūras Bioinženierijas un nanotehnoloģijas institūta, A * STAR, kurš arī nebija pētījuma daļa. , teikts e-pastā. (Tomēr Hirao komanda tika iesaistīta arī iepriekšējos pētījumos, kas izveidoja sešu burtu DNS virknes)
Protams, "šī ir tikai pirmā astoņu burtu DNS dubultās spirāles demonstrācija", un praktiskai lietošanai mums jāuzlabo replikācijas un transkripcijas RNS precizitāte un efektivitāte, Hirao teica e-pastā. Viņš iedomājas, ka galu galā viņi varētu izveidot vēl vairāk burtu.
