W 1953 r., Kiedy naukowcy jednoznacznie zidentyfikowali strukturę DNA, było to monumentalne, nagradzane Nagrodą Nobla objawienie: cztery nukleotydy, każdy zawierający bazę oznaczoną literą, ułożono w strukturę podwójnej helisy. Te cztery zasady lub „litery” tworzą pary: adenina, A, pasuje do tyminy, T i cytozyny, C, wiązania z guaniną, G. Te pary są zasadniczo budulcem życia na Ziemi; sposób ułożenia par tworzy genetyczne instrukcje tworzenia białek, co z kolei pomaga w prawie każdym krytycznym procesie, który utrzymuje nas przy życiu.
Teraz, według nowego badania opublikowanego w czasopiśmie Science, interdyscyplinarny zespół badaczy rozwinął alfabet genetyczny, tworząc syntetyczne DNA, które wykorzystuje osiem liter zamiast czterech. Nowa wyprodukowana struktura nazywa się „ hachimoji DNA”, od japońskich słów oznaczających „osiem” i literę. „Tworzenie DNA hachimoji było, jak pisze Carl Zimmer w „ New York Times ”, „ chemicznym tour-de-force ”dla grupy kierowany przez Stevena Bennera, biologa syntetycznego z Foundation for Applied Molecular Evolution, który oferuje nowe możliwości w wielu dziedzinach, w tym w badaniach medycznych i przechowywaniu danych.
Syntetyczne DNA jest wytwarzane od podstaw w laboratorium. Indywidualnie zaprogramowane DNA może zawierać instrukcje, które mogą nie występować w naturze. W tej chwili syntetyczne DNA - przy użyciu typowych czterech zasad - zostało opracowane do nowych celów, takich jak tworzenie nowych zapachów perfum, ale istnieją również potencjalne zastosowania medyczne, takie jak wytwarzanie enzymu, który może rozkładać gluten i leczyć celiakię.
„Hachimoji DNA” dodaje do mieszanki dwie nowe pary - P i Z, a następnie B i S. Poprzednie prace stworzyły różne wersje syntetycznych struktur DNA o sześciu podstawach. Osiem zasadowy DNA znacznie rozszerza możliwą liczbę trzyliterowych kombinacji lub kodonów, które DNA może przechowywać.
Wired Megan Molteni wyjaśnia:
„Czteroliterowy alfabet daje 64 możliwe kodony, które dają 20 aminokwasów, budulców białek. Sześć liter zabiera do 256 kodonów; osiem to 4096 ”.
Matthew Warren for Nature stwierdził, że większość wcześniejszych prób dodawania par zasad była niestabilna, ponieważ używano w ich bazach cząsteczek odpychających wodę. Nowe pary syntetyczne można było wcisnąć między pary naturalne, ale nie można ich było umieszczać w szeregu. DNA hachimoji wykorzystuje jednak wiązania wodorowe - podobnie jak DNA występujące naturalnie - dodając integralność strukturalną.
W naturze DNA zawiera instrukcje budowy białek. Kluczowym krokiem w tym procesie jest utworzenie nici RNA z lustrzanym odbiciem. W przeciwnym razie informacje przechowywane w DNA pozostają niewykorzystane, jak przepis, który nigdy nie został ugotowany. Nie będziesz w stanie zaobserwować efektu nowych genów, nie mówiąc już o ewolucji. Współautor badań, Andrew Ellington, inżynier ewolucyjny z University of Texas, zsyntetyzował enzym, który może odczytać DNA hachimoji (w tym nowe litery) i utworzyć odpowiednią nić RNA. Raporty RNA działały zgodnie z założeniami, donosi Wegan Megan Molteni: niektóre wytwarzały zielony fluorescencyjny blask, a inne wiązały się z guzami wątroby lub komórkami raka piersi na płytce Petriego.
Zwiększona pojemność pamięci Hachimoji DNA oznacza, że możemy użyć ośmioliterowego DNA do przechowywania informacji, jak supertrwały mikroskopijny układ komputerowy. Jak wyjaśnia Ed Yong w National Geographic, badacze mogą stworzyć klucz, który tłumaczy informacje z języka komputerów - binarne jedynki i zera - na litery alfabetu DNA. DNA trwa znacznie dłużej i zajmuje znacznie mniej miejsca niż dyski twarde, a naukowcy z powodzeniem zapisali pełny komputerowy system operacyjny i cały film w normalnym, czteroliterowym DNA.
Odkrycie pomaga również odpowiedzieć na biologiczny problem: czy życie może istnieć przy użyciu innych elementów budulcowych innych niż cztery zasady nukleotydowe, które są używane na tej planecie? Biolog syntetyczny Floyd Romesberg powiedział Nature, że nowe badania to „przełom koncepcyjny”.
„Przez długi czas mieliśmy sugestie, że życie ewoluowało z G, A, T, C, nie dlatego, że były dokładnie odpowiednimi surowcami, ale dlatego, że były po prostu dostępne”, powiedział Romesberg w wywiadzie dla Wired, a to badanie jest pierwszy, który potwierdzi to podejrzenie.
NASA, jedna z organizacji, która sfinansowała badanie, ogłosiła w komunikacie prasowym, że badania DNA hachimoji będą informować o poszukiwaniu życia na innych planetach, ponieważ odkrycie sugeruje, że życie pozaziemskie może nie wykorzystywać tych samych elementów składowych, co życie na Ziemi.
Ale czy naukowcy stworzyli zupełnie nowy rodzaj życia na Ziemi? Nie, według Discover . Podczas gdy DNA hachimoji spełnia wszystkie strukturalne wymagania dotyczące życia, nie może utrzymać się poza starannie skalibrowanym środowiskiem laboratoryjnym.
