Пару мільярдів років тому чотири молекули танцювали в елегантній структурі ДНК з подвійною спіраллю, яка забезпечує коди для життя на нашій планеті. Але чи справді ці чотири гравці були основоположними для життєвого вигляду - чи можуть інші також породити наш генетичний код?
Нове дослідження, опубліковане сьогодні (20 лютого) у журналі Science, підтверджує останнє твердження: Нещодавно вчені внесли новий вид ДНК у його елегантну структуру з подвійною спіраллю та виявили, що вона має властивості, які можуть підтримувати життя.
Але якщо природна ДНК - це коротка історія, ця синтетична ДНК - це роман Толстого.
Дослідники створили синтетичну ДНК, використовуючи чотири додаткові молекули, так що отриманий продукт мав код, складений із восьми букв, а не чотирьох. Зі збільшенням літер ця ДНК мала набагато більшу здатність зберігати інформацію. Вчені назвали нову ДНК "hachimoji" - в перекладі з японської означає "вісім літер" - розширення на попередній роботі з різних груп, які створили подібну ДНК за допомогою шести літер.
Написання коду
Природна ДНК складається з чотирьох молекул, званих азотистими основами, які з'єднуються між собою, утворюючи код для життя на Землі: A зв'язується з Т; G пов'язується з C. ДНК Хатімоджі включає ці чотири природні основи, плюс ще чотири синтетично створені нуклеотидні бази: P, B, Z та S.
Дослідницька група, до складу якої входило декілька різних команд у США, створила сотні цих подвійних спіралей Хатімоджі з різними комбінаціями природних та синтетичних нуклеотидних пар основ. Потім вони провели ряд експериментів, щоб перевірити, чи мають різні подвійні спіралі властивості, необхідні для підтримки життя.
Природна ДНК має відмітну властивість, яку, схоже, не має жодна інша генетична молекула: вона стабільна і передбачувана. Це означає, що дослідники можуть точно обчислити, як вона буде вести себе в певних температурах та навколишніх умовах, в тому числі, коли вона погіршиться.
Але виявляється, що дослідники також змогли зробити це за допомогою ДНК Хатімоджі - вони могли придумати набір правил, які можуть передбачити стабільність ДНК при впливі різних температур.
Вимоги до життя
Виявивши, що можна додати чотири синтетичні основи і все-таки отримати "код, який передбачуваний і програмований ... це просто безпрецедентно", - сказав Флойд Ромсберг, професор хімії в Scripps Research в Каліфорнії, який не був учасником дослідження, але який раніше опубліковані дослідження щодо більш раннього шестибуквеного коду. Цей "знаковий папір" дійсно говорить про те, що G, C, A і T "не є унікальними", - сказав Ромесберг в Live Science.
Старший автор Стівен Беннер,погодився видатний співробітник Фонду прикладної молекулярної еволюції у Флориді. Якщо десь ще у Всесвіті життя кодується в ДНК, воно не буде «точно таким, як ми маємо тут, на Землі», - сказав Беннер Live Science. "Дуже корисно проводити подібні експерименти в лабораторії, щоб зрозуміти, що таке альтернативні структури".
Але створення ДНК, що зберігає інформацію, недостатньо, зазначив Беннер. Він також повинен мати можливість передавати цю інформацію до сестринської молекули РНК, щоб потім РНК могла доручити білкам здійснювати всі справи в організмі.
Зважаючи на це, дослідники розробили синтетичні ферменти - білки, що полегшують реакцію - які успішно скопіювали ДНК Хатімоджі в РНК Хатімоджі. Крім того, вони виявили, що молекула РНК здатна скластись у якусь форму L, яка була б необхідною для подальшої передачі інформації.
Крім того, нитки ДНК повинні бути здатні скручуватися в одну і ту ж тривимірну структуру - знамениту подвійну спіраль.
Команда створила три кристалічні структури ДНК Хатімоджі, кожна з різними послідовностями восьми пар основ, і виявила, що справді кожна утворювала класичну подвійну спіраль.
Тим не менш, для того, щоб ДНК Хатімоджі підтримував життя, є п'ята вимога, сказав Беннер. Тобто, воно має бути самодостатнім або мати можливість вижити самостійно. Однак дослідники не зупинилися на дослідженні цього кроку, щоб запобігти перетворенню молекулою біологічної небезпеки, яка могла б одного дня проникнути в геноми організмів на Землі.
Розширюється словниковий запас
Окрім того, як проглядати альтернативи для життя в космосі, ця восьмибуквенна ланцюг ДНК також має застосування на нашій планеті. Беннер заявив, що генетичний алфавіт із восьми букв зберігатиме більше інформації та прив'язується до певних цілей. Наприклад, ДНК Хахімоджі може використовуватися для зв'язування з раковими клітинами печінки або токсинами сибірської виразки або використовуватись для прискорення хімічних реакцій.
"Збільшуючи кількість літер від шести до восьми, різноманітність послідовностей ДНК значно збільшується", - Ічіро Хірао, синтетичний молекулярний біолог з Інституту біоінженерії та нанотехнологій, A * STAR в Сінгапурі, який також не був учасником дослідження , сказано в електронному листі. (Однак команда Хірао також брала участь у попередніх дослідженнях, які створили шість літер ДНК-ланцюгів)
Звичайно, "це лише перша демонстрація" восьмибуквної подвійної спіралі ДНК, і для практичного використання нам потрібно підвищити точність та ефективність реплікації та транскрипції в РНК, - сказав Хірао в електронному листі. Він уявляє, що врешті-решт вони зможуть створити ще більше літер.
