Aastal 1953, kui teadlased tuvastasid lõplikult DNA struktuuri, oli tegemist monumentaalse Nobeli preemiaga paljastusega ilmutusega: neli nukleotiidi, millest igaüks sisaldas tähtedega märgistatud alust, oli paigutatud kahekordse spiraalstruktuuri alla. Need neli alust ehk „tähed“ moodustavad paarid: adeniin, A, sobib kokku tümiini, T ja tsütosiiniga, C, seostub guaniiniga, G. Need paarid on sisuliselt Maa elu ehitusplokid; paaride paigutusviis loob geneetilised juhised valkude valmistamiseks, mis omakorda aitab peaaegu igas kriitilises protsessis, mis meid elus hoiab.
Nüüd on interdistsiplinaarne teadlaste meeskond laiendanud geneetilist tähestikku, luues sünteetilise DNA, mis kasutab nelja asemel kaheksat tähte, selgub ajakirjas Science avaldatud uuest uuringust. Uut toodetud struktuuri nimetatakse jaapani sõnadest kaheksa ja tähe järgi hachimoji DNA-ks. "Hachimoji DNA loomine oli, nagu Carl Zimmer kirjutab The New York Times, " rühmituse keemiline ringkäik mida juhib Rakendusliku Molekulaarse Evolutsiooni Sihtasutuse sünteetiline bioloog Steven Benner.Eeldus pakub uusi võimalusi paljudes valdkondades, sealhulgas meditsiinilised uuringud ja andmete salvestamine.
Sünteetiline DNA valmistatakse laboris nullist. Kohandatud programmeeritud DNA võib anda juhiseid, mida looduses ei pruugi esineda. Praegu on sünteetiline DNA - kasutades tüüpilisi nelja alust - loodud uudseks otstarbeks, näiteks uute lõhnaainete loomiseks, kuid on ka potentsiaalseid meditsiinilisi rakendusi, näiteks ensüümi tootmine, mis võib gluteeni lagundada ja tsöliaakiat ravida.
“Hachimoji DNA” lisab segu kaks uut paari - P ja Z, seejärel B ja S. Eelmise töö käigus on loodud kuue aluse sünteetiliste DNA struktuuride erinevad versioonid. Kaheksa aluse DNA laiendab dramaatiliselt võimalikku kolmetäheliste kombinatsioonide ehk koodonite arvu, mida DNA saab säilitada.
Wired’s Megan Molteni selgitab:
„Neljatäheline tähestik annab teile 64 võimalikku koodonit, mis annavad 20 aminohapet ehk valkude ehitusplokke. Kuus tähte viib teid kuni 256 koodonini; kaheksa teeb sellest 4096. ”
Enamik varasemaid katseid aluspaaride lisamiseks olid ebastabiilsed, kuna nad kasutasid oma aluses vett tõrjuvaid molekule, vahendab Matthew Warren for Nature . Uusi sünteetilisi paare võiks pigistada looduslike paaride vahele, kuid neid ei saanud järjest panna. Hachimoji DNA kasutab aga vesiniksidemeid - nagu looduslikult esinev DNA -, mis lisab struktuuri terviklikkust.
Looduses sisaldab DNA juhiseid valkude moodustamiseks. Selle protsessi põhietapp on RNA peegelpildi ahela loomine. Muidu jääb DNA-sse salvestatud teave kasutamata, nagu retsept, mida kunagi ei küpsetata. Te ei saa jälgida ühegi vastloodud geeni mõju, rääkimata evolutsioonist. Uuringu kaasautor Texase ülikooli evolutsioonitehnik Andrew Ellington sünteesis ensüümi, mis suudaks lugeda hachimoji DNA-d (sealhulgas uusi tähti) ja teha vastav RNA ahel. RNA töötas kavandatud viisil, teatas Wiredi megan Molteni: mõned lõid rohelise fluorestsentsi, aga teised seondusid Petri tassis maksakasvajate või rinnavähirakkudega.
Hachimoji DNA täiustatud salvestusmaht tähendab, et me saaksime kasutada teabe salvestamiseks kaheksa tähelist DNA-d, näiteks ülitugevat mikroskoopilist arvutikiipi. Nagu Ed Yong selgitab väljaandes National Geographic, saavad teadlased luua võtme, mis tõlgib teabe arvutite keelest - binaarsed 1 ja 0 - DNA tähestiku tähtedeks. DNA kestab palju kauem ja võtab palju vähem ruumi kui kõvakettad ning teadlased on edukalt säilitanud terve arvuti opsüsteemi ja terve filmi tavalises, neljatähelises DNA-s.
Avastus aitab vastata ka bioloogilisele küsimusele: kas elu võiks eksisteerida ka muude planeedil kasutatavate ehitusplokkide abil, välja arvatud neli nukleotiidi alust? Sünteetiline bioloog Floyd Romesberg ütles ajakirjale Nature, et uus uurimistöö on kontseptuaalne läbimurre.
“Pikka aega oli meil vihjeid, et elu arenes G-, A-, T- ja C-kategooriast mitte seetõttu, et need olid täpselt õiged toorained, vaid sellepärast, et need olid lihtsalt saadaval, ” ütles Romesberg intervjuus Wiredile ja see uuring on esimene, mis seda kahtlust kinnitas.
NASA, üks uuringut rahastanud organisatsioonidest, teatas oma pressiteates, et hachimoji DNA-uuringud annavad teavet elu otsimiseks teistelt planeetidelt, kuna avastus soovitab, et maaväline maaelu ei pruugiks kasutada samu ehitusplokke nagu elu Maal.
Kuid kas teadlased on Maal loonud täiesti uut tüüpi elu? Ei, avastas Discover . Ehkki hachimoji DNA vastab kõigile eluks vajalikele struktuurinõuetele, ei suuda see end ülal pidada hoolikalt kalibreeritud laborikeskkonnast.
