Prieš porą milijardų metų keturios molekulės šoko į elegantišką dvigubos spiralės DNR struktūrą, kuri suteikia mūsų planetos gyvenimo kodus. Bet ar šie keturi žaidėjai iš tiesų turėjo esminę reikšmę gyvenimo išvaizdai - ar kiti galėjo paskatinti mūsų genetinį kodą?
Naujas tyrimas, paskelbtas šiandien (vasario 20 d.) Žurnale „Science“, palaiko pastarąjį teiginį: Mokslininkai neseniai išpūtė naujos rūšies DNR į jos elegantišką dvigubos spiralės struktūrą ir nustatė, kad ji turi savybių, galinčių palaikyti gyvybę.
Bet jei natūrali DNR yra trumpa istorija, tai sintetinė DNR yra Tolstojaus romanas.
Tyrėjai sintetinę DNR sukūrė panaudodami keturias papildomas molekules, kad gautas produktas turėtų kodą, sudarytą iš aštuonių raidžių, o ne iš keturių. Augant raidėms, ši DNR turėjo daug didesnį pajėgumą saugoti informaciją. Mokslininkai naująją DNR pavadino „hachimoji“ - japoniškai reiškiančia „aštuonias raides“ -, išplėsdami ankstesnį darbą iš skirtingų grupių, kurios sukūrė panašią DNR, naudodamos šešias raides.
Kodo rašymas
Natūralią DNR sudaro keturios molekulės, vadinamos azotinėmis bazėmis, kurios suporuojasi tarpusavyje ir sudaro gyvybės Žemėje kodą: A jungiasi su T; G jungiasi su C. Hachimoji DNR apima šias keturias natūralias bazes ir dar keturias sintetines nukleotidų bazes: P, B, Z ir S.
Tyrimų grupė, kurią sudarė kelios skirtingos komandos iš JAV, sukūrė šimtus šių Hachimoji dvigubų spiralių su skirtingais natūralių ir sintetinių nukleotidų bazių porų deriniais. Tada jie atliko daugybę eksperimentų, norėdami išsiaiškinti, ar įvairios dvigubos spiralės turi savybių, reikalingų gyvybei palaikyti.
Natūrali DNR pasižymi ypatybe, kurios, atrodo, neturi jokia kita genetinė molekulė: ji stabili ir nuspėjama. Tai reiškia, kad tyrėjai gali tiksliai apskaičiuoti, kaip ji elgsis tam tikroje temperatūroje ir aplinkoje, taip pat ir tada, kai ji blogės.
Tačiau paaiškėja, kad tyrėjai taip pat sugebėjo tai padaryti su Hachimoji DNR - jie galėjo sugalvoti taisyklių rinkinį, kuris gali numatyti DNR stabilumą, kai ji veikiama skirtingose temperatūrose.
Reikalavimai gyvenimui
Išvada, kad galima pridėti keturias sintetines bazes ir vis tiek gauti „nuspėjamą bei programuojamą kodą ... tai yra tik beprecedentis“, - teigė Floydas Romesbergas, Kalifornijos „Scripps Research“ chemijos profesorius, kuris nebuvo tyrimo dalis. anksčiau paskelbti ankstesnio šešių raidžių kodo tyrimai. Šis „orientyras“ iš tikrųjų rodo, kad G, C, A ir T „nėra unikalūs“, - „Live Science“ pasakojo Romesbergas.
Vyresnysis autorius Stevenas Benneris,sutiko nusipelnęs bendradarbis iš Taikomosios molekulinės evoliucijos fondo Floridoje. Jei kur nors kitur visatoje gyvenimas taip pat yra užkoduotas DNR, tai nebus „tiksliai toks, kokį turime čia, Žemėje“, „Benner“ pasakojo „Live Science“. "Labai naudinga atlikti tokius eksperimentus laboratorijoje, kad suprastume, kokios yra alternatyvios struktūros."
Bet sukurti DNR, kurioje kaupiama informacija, nepakanka, pažymėjo Benneris. Ji taip pat turi sugebėti perduoti šią informaciją savo seserinės molekulės RNR, kad ši RNR galėtų nurodyti baltymams atlikti visą verslą organizme.
Atsižvelgdami į tai, tyrėjai sukūrė sintetinius fermentus - baltymus, palengvinančius reakciją -, kurie sėkmingai nukopijavo Hachimoji DNR į Hachimoji RNR. Be to, jie nustatė, kad RNR molekulė sugeba sulankstyti į tam tikrą L formą, kuri būtų reikalinga jai toliau perduoti informaciją.
Be to, DNR sruogos turi sugebėti susisukti į tą pačią trimatę struktūrą - garsiąją dvigubą spiralę.
Komanda sukūrė tris Hachimoji DNR kristalų struktūras, kurių kiekvienoje yra skirtingos aštuonių bazinių porų sekos, ir išsiaiškino, kad kiekviena iš jų sudarė klasikinę dvigubą spiralę.
Vis dėlto, norint, kad Hachimoji DNR palaikytų gyvybę, yra penktas reikalavimas, sakė Benneris. T. y., Ji turi būti savarankiška arba turėti galimybę pati išgyventi. Tačiau tyrėjai sustojo ištyrę šį žingsnį, siekdami išvengti molekulės pavojaus, kuris vieną dieną galėtų patekti į Žemėje esančių organizmų genomus.
Besiplečiantis žodynas
Be aštrių gyvenimo kosmose alternatyvų, ši aštuonių raidžių DNR grandinė taip pat gali būti naudojama ir mūsų planetoje. Aštuonių raidžių genetinė abėcėlė kaups daugiau informacijos ir bus labiau susieta su tam tikrais taikiniais, sakė Benneris. Pvz., Hachimoji DNR gali būti naudojama prisijungti prie kepenų vėžio ląstelių ar juodligės toksinų arba būti naudojama pagreitinti chemines reakcijas.
„Padidinus raidžių skaičių nuo šešių iki aštuonių, labai padidėja DNR sekų įvairovė“, - teigė Ichiro Hirao, sintetinis molekulinės biologijos biologas iš Bioinžinerijos ir nanotechnologijų instituto, A * STAR, Singapūras, kuris taip pat nebuvo tyrimo dalis. , sakoma el. laiške. (Vis dėlto Hirao komanda taip pat dalyvavo ankstesniuose tyrimuose, kurie sukūrė šešių raidžių DNR grandines)
Žinoma, „tai tik pirmas aštuonių raidžių DNR dvigubos spiralės demonstravimas“ ir praktiniam naudojimui turime pagerinti replikacijos ir transkripcijos į RNR tikslumą ir efektyvumą, - sakė Hirao el. Laiške. Jis įsivaizduoja, kad galiausiai jie gali sukurti dar daugiau raidžių.
