Birkaç milyar yıl önce, dört molekül, gezegenimizde yaşam için kodlar sağlayan DNA'nın zarif çift sarmal yapısında dans etti. Fakat bu dört oyuncu hayatın görünümü için gerçekten temel miydi - yoksa başkaları da genetik kodumuzu doğurabilir mi?
Science dergisinde bugün (20 Şubat) yayınlanan yeni bir çalışma, ikinci öneriyi desteklemektedir: Bilim adamları son zamanlarda zarif çift sarmal yapısına yeni bir DNA türü kalıpladı ve yaşamı destekleyebilecek özelliklere sahip olduğunu buldular.
Ancak doğal DNA kısa bir hikaye ise, bu sentetik DNA bir Tolstoy romanıdır.
Araştırmacılar, sentetik DNA'yı dört ek molekül kullanarak hazırladılar, böylece elde edilen ürün dört yerine sekiz harften oluşan bir koda sahipti. Harflerdeki artışla birlikte, bu DNA'nın bilgi depolamak için çok daha büyük bir kapasitesi vardı. Bilim adamları, yeni DNA'yı "hachimoji" olarak adlandırdı - Japonca'da "sekiz harf" anlamına geliyor - altı harf kullanarak benzer DNA oluşturan farklı grupların önceki çalışmalarını genişletiyorlardı.
Kod yazma
Doğal DNA, yeryüzünde yaşam için kod oluşturmak üzere birbirleriyle eşleşen azotlu bazlar adı verilen dört molekülden oluşur: T ile bağlanır; G, C ile bağlanır. Hachimoji DNA'sı bu dört doğal bazın yanı sıra sentetik olarak yapılmış dört nükleotit bazı içerir: P, B, Z ve S.
ABD genelinde birkaç farklı ekibi içeren araştırma grubu, doğal ve sentetik nükleotit baz çiftlerinin farklı kombinasyonlarıyla yüzlerce Hachimoji çift sarmalını yarattı. Daha sonra, çeşitli çift sarmalların yaşamı desteklemek için gerekli özelliklere sahip olup olmadığını görmek için bir dizi deney gerçekleştirdiler.
Doğal DNA, başka hiçbir genetik molekülün sahip olmadığı ayırt edici bir özelliğe sahiptir: Kararlı ve öngörülebilir. Bu, araştırmacıların, belirli bir sıcaklık ve ortamda nasıl davranacağını tam olarak hesaplayabileceği anlamına gelir;
Ancak, araştırmacıların bunu Hachimoji DNA ile de yapabildikleri ortaya çıktı - farklı sıcaklıklara maruz kaldığında DNA'nın stabilitesini tahmin edebilecek bir dizi kural ortaya çıkarabilirler.
Yaşam için gereksinimler
California'daki Scripps Research'te kimya profesörü Floyd Romesberg, çalışmanın bir parçası olmayan, ancak dört sentetik bazın eklenmesinin ve hala "öngörülebilir ve programlanabilir bir kod ... daha önce benzeri görülmemiş bir kod" elde etmenin mümkün olduğunu belirten bulgu Daha önce altı harfli bir kod üzerine yayınlanmış bir araştırma. Bu "dönüm noktası makalesi" aslında G, C, A ve T "nin benzersiz olmadığını" öne sürüyor.
Kıdemli yazar Steven Benner,Florida'daki Uygulamalı Moleküler Evrim Vakfı'ndaki seçkin bir arkadaş kabul etti. Evrende başka bir yerde, yaşam DNA'da kodlanırsa, Benner “Tam olarak burada Dünya'da sahip olduğumuz gibi olmayacaktır” dedi Benner Canlı Bilim'e. "Hangi alternatif yapıları anlamak için laboratuvarda bu tür deneylerin yapılması çok yararlı."
Ancak bilgi depolayan DNA oluşturmak yeterli değil, dedi Benner. Ayrıca, bu bilgileri kardeş molekül RNA'sına aktarabilme yeteneğine sahip olmalıdır, böylece RNA daha sonra proteinlere bir organizmadaki tüm işleri yürütmesini söyleyebilir.
Bunu göz önünde bulundurarak, araştırmacılar Hachimoji DNA'sını Hachimoji RNA'ya başarıyla kopyalayan sentetik enzimler - bir reaksiyonu kolaylaştıran proteinler - geliştirdiler. Ayrıca, RNA molekülünün daha fazla bilgi aktarması için gerekli olan bir çeşit L şekline katlanabildiğini keşfettiler.
Ek olarak, DNA zincirleri aynı üç boyutlu yapıya - ünlü çift sarmal - bükülebilmelidir.
Ekip, her biri sekiz baz çiftinin farklı sekanslarına sahip Hachimoji DNA'sının üç kristal yapısını yarattı ve gerçekten de her birinin klasik çift sarmalı oluşturduğunu buldu.
Yine de, Hachimoji DNA'sının hayatı desteklemesi için beşinci bir gereklilik var, dedi Benner. Yani, kendi kendini sürdürmesi veya kendi başına hayatta kalma yeteneğine sahip olması gerekir. Bununla birlikte, araştırmacılar, molekülün bir gün Dünya üzerindeki organizmaların genomlarına yol açabilecek bir biyolojik tehlike haline gelmesini önlemek için bu adımı araştırmaktan vazgeçtiler.
Genişleyen bir kelime hazinesi
Kozmosta yaşam için göz kamaştırıcı alternatiflerin yanı sıra, bu sekiz harfli DNA ipliği burada gezegenimizde de uygulamalara sahip. Benner, sekiz harfli bir genetik alfabenin daha fazla bilgi depolayacağını ve belirli hedeflere daha spesifik olarak bağlanacağını söyledi. Örneğin, Hachimoji DNA'sı karaciğer kanseri hücrelerine veya şarbon toksinlerine bağlanmak için veya kimyasal reaksiyonları hızlandırmak için kullanılabilir.
“Harf sayısını altıdan sekize yükselterek DNA dizilerinin çeşitliliği büyük ölçüde arttı,” Singapur'daki Biyomühendislik ve Nanoteknoloji Enstitüsü'nde sentetik moleküler biyolog olan Ichiro Hirao, aynı zamanda araştırmanın bir parçası değildi , dedi bir e-posta. (Hirao'nun ekibi de, altı harfli DNA zincirleri oluşturan önceki araştırmalara katıldı)
Tabii ki, bu sekiz harfli DNA çift sarmalının "sadece ilk bir gösterisidir" ve pratik kullanım için, RNA'ya çoğaltma ve transkripsiyonun doğruluğunu ve verimliliğini artırmamız gerekiyor, dedi Hirao bir e-postayla. Sonunda daha da fazla harf oluşturabileceklerini düşünüyor.
