În urmă cu câteva miliarde de ani, patru molecule au dansat în structura elegantă cu dublu elixă a ADN-ului, care oferă codurile vieții de pe planeta noastră. Dar acești patru jucători au fost într-adevăr fundamentali pentru apariția vieții - sau alții ar fi putut da naștere codului nostru genetic?
Un nou studiu, publicat astăzi (20 februarie) în revista Science, susține această din urmă propunere: Oamenii de știință au modelat recent un nou tip de ADN în structura sa elegantă cu dublă helix și au descoperit că avea proprietăți care ar putea susține viața.
Dar dacă ADN-ul natural este o poveste scurtă, acest ADN sintetic este un roman Tolstoi.
Cercetătorii au elaborat ADN-ul sintetic folosind patru molecule suplimentare, astfel încât produsul rezultat a avut un cod format din opt litere și nu patru. Odată cu creșterea literelor, acest ADN a avut, o capacitate mult mai mare de a stoca informații. Oamenii de știință au numit noul ADN „hachimoji” - însemnând „opt scrisori” în japoneză - extinzându-se pe lucrările anterioare din diferite grupuri care au creat ADN similar folosind șase litere.
Scrierea codului
ADN-ul natural este compus din patru molecule, numite baze azotate, care se împerechează între ele pentru a forma codul vieții pe Pământ: A se leagă cu T; G se leagă de ADN-ul Hachimoji include aceste patru baze naturale, plus alte patru baze nucleotidice realizate sintetic: P, B, Z și S.
Grupul de cercetare, care a inclus mai multe echipe diferite din Statele Unite, a creat sute de aceste helixuri duble Hachimoji cu diferite combinații de perechi de baze naturale și sintetice de nucleotide. Apoi, au efectuat o serie de experimente pentru a vedea dacă diversele elice duble aveau proprietăți necesare pentru a susține viața.
ADN-ul natural are o proprietate caracteristică pe care nici o altă moleculă genetică pare să nu o aibă: Este stabil și previzibil. Asta înseamnă că cercetătorii pot calcula exact cum se va comporta în anumite temperaturi și medii, inclusiv când se va degrada.
Dar se dovedește că cercetătorii au fost în măsură să facă acest lucru și cu ADN-ul Hachimoji - ar putea veni cu un set de reguli care pot prezice stabilitatea ADN-ului atunci când este expus la temperaturi diferite.
Cerințe pentru viață
Constatarea că este posibil să adăugați cele patru baze sintetice și să obțineți totuși un „cod care poate fi previzibil și programabil… asta este doar inedit”, a spus Floyd Romesberg, profesor de chimie la Scripps Research din California, care nu a făcut parte din studiu, dar care cercetarea publicată anterior pe un cod anterior cu șase litere. Această "lucrare de reper" sugerează într-adevăr că G, C, A și T "nu sunt unice", a spus Romesberg pentru Live Science.
Autor principal Steven Benner,a fost de acord cu un coleg distins la Fundația pentru Evoluția Moleculară Aplicată din Florida. Dacă în altă parte a universului, viața este codificată și în ADN, nu va fi „exact ca ceea ce avem aici pe Pământ”, a spus Benner pentru Live Science. „Este foarte util să ai aceste tipuri de experimente în laborator pentru a înțelege ce structuri alternative”.
Dar Benner a creat crearea ADN-ului care stochează informații. De asemenea, trebuie să aibă capacitatea de a transfera informațiile respective către ARN-ul moleculei surori, astfel încât ARN-ul să poată instrui apoi proteinele să desfășoare toate afacerile dintr-un organism.
Cu asta în minte, cercetătorii au dezvoltat enzime sintetice - proteine care facilitează o reacție - care au copiat cu succes ADN-ul Hachimoji în ARN Hachimoji. Mai mult, ei au descoperit că molecula de ARN a fost capabilă să se plieze într-un fel de formă de L, care ar fi necesară pentru a transfera informații suplimentare.
În plus, catenele ADN trebuie să poată răsuci în aceeași structură tridimensională - celebrul dublu-helix.
Echipa a creat trei structuri cristaline ale ADN-ului Hachimoji, fiecare cu secvențe diferite din cele opt perechi de baze și a descoperit că, într-adevăr, fiecare forma clasica dublă helixă.
Cu toate acestea, pentru ca ADN-ul Hachimoji să sprijine viața, există o a cincea cerință, a spus Benner. Adică trebuie să se autosuspende sau să aibă capacitatea de a supraviețui singur. Cu toate acestea, cercetătorii au încetat să investigheze acest pas, pentru a împiedica molecula să devină un pericol care, într-o bună zi, ar putea să-și pătrundă în genomii organismelor de pe Pământ.
Un vocabular în expansiune
În afară de ideile alternative ale vieții în cosmos, această șuviță ADN de opt litere are și aplicații aici pe planeta noastră. Un alfabet genetic de opt litere va stoca mai multe informații și se va lega de anumite ținte mai precis, a spus Benner. De exemplu, ADN-ul Hachimoji ar putea fi utilizat pentru a se lega de celulele canceroase hepatice sau de toxinele antrax, sau poate fi utilizat pentru a accelera reacțiile chimice.
„Prin creșterea numărului de scrisori de la șase la opt, diversitatea secvențelor de ADN este mult crescută”, a spus Ichiro Hirao, biolog molecular sintetic la Institutul de Bioinginerie și Nanotehnologie, A * STAR din Singapore, care, de asemenea, nu a făcut parte din studiu. , a spus într-un e-mail. (Echipa lui Hirao a fost, de asemenea, implicată în cercetările anterioare care au creat șiruri ADN de șase litere)
Desigur, „aceasta este doar o primă demonstrație” a unei helix duble ADN de opt litere, iar pentru utilizare practică, trebuie să îmbunătățim acuratețea și eficiența replicării și transcrierii în ARN, a spus Hirao într-un e-mail. El își imaginează că, în cele din urmă, s-ar putea să poată construi până și mai multe scrisori.
