Tradycyjne DNA składa się z czterech par zasad A, C, G i T. Ale nowo utworzony system genetyczny składa się z ośmiu - dwa razy więcej niż normalnie można znaleźć w samoreplikujących się cząsteczkach. Nowy system nazwano „hachimoji” i co najciekawsze - może wyglądać jak budulec życia pozaziemskiego, czyli kosmitów. Nowe badanie opublikowane niedawno w Science opisuje hachimoji, co po japońsku oznacza „osiem liter”.
Oprócz czterech podstawowych par ten system genetyczny ma cztery elementy budulcowe, które znacznie zwiększają gęstość informacji w porównaniu z konwencjonalnym DNA. Naukowcy przedkładający pracę twierdzą, że nowy system może być wystarczająco silny, aby podtrzymywać życie - to znaczy wspierać procesy niezbędne do darwinowskiej samoreplikacji.
Obce DNA składające się z ośmiu liter
Od razu wyjaśnijmy, że hachimoji nie jest autonomicznym, samowystarczalnym organizmem. Jest to raczej model alternatywnej struktury genetycznej wymaganej do podtrzymania samoreplikującego się życia. Na Ziemi tylko RNA i DNA pełnią tę funkcję, ale nie oznacza to, że inne opcje w kosmosie nie mogą istnieć. W rzeczywistości astrobiologowie są bardzo zainteresowani tym badaniem, ponieważ pokazuje ono inny możliwy mechanizm, z którego może powstać życie, ewoluować i stać się złożonym.
Autorzy badania nie twierdzą, że hachimoji istnieje w całym wszechświecie, ale wierzą, że można przyjąć i „wyobrazić sobie równoległe procesy” - powiedział Andrew Ellington, współautor nowego badania i biolog syntetyczny z University of Texas w Austin. „Dokładnie analizując rolę kształtu, rozmiaru i struktury w DNA hachimoji, w tej pracy poszerzamy naszą wiedzę na temat typów cząsteczek, które mogą przechowywać informacje o życiu pozaziemskim w obcych światach”.
W normalnym RNA i DNA połączenie czterech par zasad umożliwia przechowywanie i przekazywanie informacji genetycznej. Te cztery bloki budulcowe DNA, czyli nukleotydy, składają się z adeniny, cytozyny, guaniny i tyminy lub po prostu A, C, G i T. W RNA T jest zastępowane przez uracyl (U). Podstawowe zasady kodują aminokwasy, podstawowe elementy budulcowe białek.
Wcześniejsze badania stworzyły syntetyczny DNA z łącznie czterema alternatywnymi literami i systemem z dwiema dodatkowymi parami zasad (w sumie sześć), ale w ostatnich badaniach naukowcy zwiększyli tę liczbę do ośmiu.
Film promocyjny:
Według nowych badań cztery nowe litery, P, B, Z i S, są z grubsza podobne pod względem struktury i funkcjonalności do zwykłego DNA; P i B mają funkcje podobne do puryny, podczas gdy Z i S są podobne do pirymidyny. W testach system genetyczny wykazał zdolność do przechowywania i przekazywania informacji, zasadniczo naśladując molekularne zachowanie zwykłego czteroliterowego DNA. Co ważne, hachimoji spełnia również wymagania Schrödingera, które definiują darwinowski system ewolucji molekularnej (ten sam Schrödinger, którego kot nie żyje ani nie żyje). Schrödinger opisał cztery wymagania ewolucji: przechowywanie informacji, transmisję, integralność strukturalną oraz dostrzegalną fizyczną formę lub strukturę.
„DNA firmy Hachimoji może zrobić wszystko, co DNA, aby podtrzymać życie. Łączy się w pary w przewidywalny sposób, a zasady określają jego stabilność. DNA Hachimoji może być kopiowane w celu stworzenia Hachimoji RNA, może bezpośrednio syntetyzować białka. RNA Hachimoji może mieć selektywny fenotyp (strukturę fizyczną), aw tym eksperymencie i zieloną fluorescencyjną poświatę”.
Laurie Haze, pełniąca obowiązki dyrektora Planetary Science Division NASA, pochwaliła badanie: „Odkrycie życia jest coraz ważniejszym celem misji planetarnych NASA, a ta nowa praca pomoże opracować skuteczne narzędzia i eksperymenty, które poszerzą nasze poszukiwania”.
„Te badania są ważne, ponieważ DNA zawsze było uważane za wyjątkowe. Na przykład DNA jest jedynym materiałem, za pomocą którego możemy zaprojektować sekwencje o przewidywalnej stabilności”- mówi Floyd Romesberg, genetyk z Scripps Institute i autor badania z sześcioma syntetycznymi parami. „Jak pokazał Steve Benner, jego nowe cztery litery również spełniają wszystkie aspekty tej przewidywalnej stabilności. Chociaż pojawiły się wskazówki, że rzeczy inne niż cztery naturalne litery DNA mogą mieć tę właściwość, ta praca po raz pierwszy to naprawdę pokazuje”.
Romesberg mówi również, że ważnym zastosowaniem ośmioliterowego alfabetu jest kontrola asocjacji molekularnych, to znaczy zdolność programowania konfiguracji nukleotydów. Powiedział, że ośmioliterowy alfabet jest z natury bardziej szczegółowy niż czteroliterowy alfabet.
„Jednak będzie to bezużyteczne, jeśli stabilność ośmioliterowego alfabetu nie będzie przewidywalna ani programowalna” - mówi Romesberg. „Demonstrując to, Steve odkrył nowe zastosowania, które prawdopodobnie wkrótce pojawią się w jego laboratorium”.
Wyniki prac mogą prowadzić nie tylko do konsekwencji astrobiologicznych, ale także odcisnąć piętno w realnym świecie - np. Udoskonalić sprzęt diagnostyczny, monitorować środowisko (m.in. wykrywanie groźnych wirusów), doprowadzić do pojawienia się alternatywnych magazynów informacji, białek z dodatkiem aminokwasów i nowych innowacyjnych leków …
Ilya Khel