Peter Tucker
0 
1278
145
Kilka miliardów lat temu cztery cząsteczki zatańczyły w eleganckiej podwójnej helisie struktury DNA, która dostarcza kodów życia na naszej planecie. Ale czy ci czterej gracze naprawdę mieli fundamentalne znaczenie dla pojawienia się życia - czy też inni mogli również dać początek naszemu kodowi genetycznemu?
Nowe badanie, opublikowane dzisiaj (20 lutego) w czasopiśmie Science, potwierdza tę ostatnią propozycję: naukowcy niedawno uformowali nowy rodzaj DNA w jego elegancką strukturę podwójnej helisy i odkryli, że ma właściwości, które mogą wspierać życie.
Ale jeśli naturalne DNA jest krótką historią, to syntetyczne DNA jest powieścią Tołstoja.
Naukowcy stworzyli syntetyczne DNA przy użyciu czterech dodatkowych cząsteczek, tak że otrzymany produkt miał kod składający się z ośmiu liter zamiast czterech. Wraz ze wzrostem liczby liter to DNA miało znacznie większą zdolność do przechowywania informacji. Naukowcy nazwali nowe DNA „hachimoji” - co po japońsku oznacza „osiem liter” - rozwijając wcześniejsze prace różnych grup, które stworzyły podobne DNA przy użyciu sześciu liter. [Genetyka w liczbach: 10 Tantalizing Tales]
Pisanie kodu
Naturalne DNA składa się z czterech cząsteczek zwanych zasadami azotowymi, które łączą się w pary, tworząc kod życia na Ziemi: A wiąże się z T; G wiąże się z C. DNA Hachimoji zawiera te cztery naturalne zasady oraz cztery bardziej syntetyczne zasady nukleotydowe: P, B, Z i S.
Grupa badawcza, która obejmowała kilka różnych zespołów w Stanach Zjednoczonych, stworzyła setki podwójnych helis Hachimoji z różnymi kombinacjami naturalnych i syntetycznych par zasad nukleotydów. Następnie przeprowadzili serię eksperymentów, aby sprawdzić, czy różne podwójne helisy mają właściwości potrzebne do podtrzymywania życia.
Naturalne DNA ma charakterystyczną właściwość, której nie wydaje się mieć żadna inna cząsteczka genetyczna: jest stabilne i przewidywalne. Oznacza to, że naukowcy mogą dokładnie obliczyć, jak będzie się zachowywał w określonych temperaturach i środowiskach, w tym, kiedy ulegnie degradacji.
Ale okazuje się, że naukowcom udało się to również zrobić z DNA Hachimoji - mogli wymyślić zestaw reguł, które mogą przewidzieć stabilność DNA pod wpływem różnych temperatur.
Wymagania do życia
Odkrycie, że możliwe jest dodanie czterech syntetycznych zasad i otrzymanie „kodu, który jest przewidywalny i programowalny… to po prostu bezprecedensowe” - powiedział Floyd Romesberg, profesor chemii w Scripps Research w Kalifornii, który nie był częścią badania, ale który wcześniej opublikowane badania dotyczące wcześniejszego sześcioliterowego kodu. Ten „przełomowy artykuł” rzeczywiście sugeruje, że G, C, A i T „nie są wyjątkowe” - powiedział Romesberg .
Starszy autor Steven Benner,wybitny pracownik Foundation for Applied Molecular Evolution na Florydzie zgodził się z tym. Jeśli gdzieś indziej we wszechświecie życie jest również zakodowane w DNA, to nie będzie „dokładnie takie, jak to, co mamy tutaj na Ziemi” - powiedział Benner. „Przeprowadzenie tego rodzaju eksperymentów w laboratorium jest bardzo przydatne, aby zrozumieć, jakie alternatywne struktury [mogą istnieć]”.
Jednak tworzenie DNA przechowującego informacje nie wystarczy, zauważył Benner. Musi również mieć możliwość przenoszenia tych informacji do swojej siostrzanej cząsteczki RNA, aby RNA mogło następnie instruować białka, aby wykonały całą działalność w organizmie.
Mając to na uwadze, naukowcy opracowali syntetyczne enzymy - białka ułatwiające reakcję - które z powodzeniem skopiowały DNA Hachimoji do RNA Hachimoji. Ponadto odkryli, że cząsteczka RNA była w stanie złożyć się w kształt litery L, który byłby niezbędny do dalszego przekazywania informacji.
Ponadto nici DNA muszą mieć możliwość skręcenia się w tę samą trójwymiarową strukturę - słynną podwójną helisę.
Zespół stworzył trzy krystaliczne struktury DNA Hachimoji, z których każda ma inną sekwencję ośmiu par zasad, i odkrył, że każda z nich rzeczywiście tworzy klasyczną podwójną helisę.
Jednak aby DNA Hachimoji wspierało życie, jest piąty wymóg, powiedział Benner. Oznacza to, że musi być samowystarczalny lub mieć zdolność przetrwania samodzielnie. Jednak naukowcy powstrzymali się od zbadania tego etapu, aby zapobiec temu, by cząsteczka stała się zagrożeniem biologicznym, które pewnego dnia może przedostać się do genomów organizmów na Ziemi..
Poszerzające się słownictwo
Oprócz dostrzegania alternatyw dla życia w kosmosie, ta ośmioliterowa nić DNA ma również zastosowania na naszej planecie. Ośmioliterowy alfabet genetyczny będzie przechowywać więcej informacji i bardziej szczegółowo wiązać się z określonymi celami, powiedział Benner. Na przykład DNA Hachimoji może być używane do wiązania się z komórkami raka wątroby lub toksynami wąglika lub do przyspieszania reakcji chemicznych.
„Zwiększenie liczby liter z sześciu do ośmiu znacznie zwiększa różnorodność sekwencji DNA” - powiedział Ichiro Hirao, syntetyczny biolog molekularny z Instytutu Bioinżynierii i Nanotechnologii, A * STAR w Singapurze, który również nie uczestniczył w badaniu , powiedział w e-mailu. (Zespół Hirao był jednak również zaangażowany w poprzednie badania, w których utworzono sześcioliterowe nici DNA)
Oczywiście „to tylko pierwsza demonstracja” ośmioliterowej podwójnej helisy DNA i do praktycznego zastosowania musimy poprawić dokładność i wydajność replikacji i transkrypcji na RNA, powiedział Hirao w e-mailu. Wyobraża sobie, że w końcu mogliby zbudować jeszcze więcej liter.
- Odkrywanie ludzkiego genomu: 6 molekularnych kamieni milowych
- 5 niesamowitych technologii, które rewolucjonizują biotechnologię
- 10 niesamowitych rzeczy, które naukowcy zrobili właśnie dzięki CRISPR
Pierwotnie opublikowano w dniu .