A hagyományos DNS négy A, C, G és T. bázispárból áll. De az újonnan létrehozott genetikai rendszert nyolcba csomagolják - kétszer annyi, mint amennyire az önreplikáló molekulákban megtalálhatók. Az új rendszert "hachimoji" -nak hívták, és ami a legérdekesebb - úgy tűnik, hogy a földönkívüli élet építőkövei, azaz idegenek. A Scienceban a közelmúltban közzétett új tanulmány leírja a hachimoji-t, amely japánul „nyolc betűt” jelent.
A négy alappáron kívül ez a genetikai rendszer négy építőelemet tartalmaz, amelyek jelentősen növelik az információ sűrűségét a hagyományos DNS-hez képest. A munkát benyújtó tudósok szerint az új rendszer elég robusztus lehet az élet fenntartásához, vagyis támogathatja a darwini önreplikációhoz szükséges folyamatokat.
Nyolc betű idegen DNS-je
Tegyük egyértelművé, hogy a hachimoji nem önálló önfenntartó szervezet. Inkább egy alternatív genetikai struktúra modellje, amely az önszaporodó élet fenntartásához szükséges. A Földön csak RNS és DNS végzi ezt a funkciót, de ez nem jelenti azt, hogy az űrben más lehetőségek nem létezhetnek. Valójában az asztrobiológusokat nagyon érdekli ez a tanulmány, mivel bemuta egy másik lehetséges mechanizmust, amelyből az élet kialakulhat, fejlődhet és összetetté válhat.
A tanulmány szerzői nem állítják, hogy a hachimoji létezik az egész világegyetemben, de úgy vélik, hogy lehetséges párhuzamos folyamatok átvétele és elképzelése "- mondta Andrew Ellington, az új kutatás társszerzője és a szintetikus biológus a texasi egyetemen, Austin. "Az alakra, a méretre és a szerkezetnek a hachimoji DNS-ben betöltött szerepének alapos elemzésével kibővítjük megértésünket azoknak a molekuláknak a típusaival kapcsolatban, amelyek idegen világok földi földi életéről tudnak információt tárolni."
Normál RNS és DNS esetén a négy bázispár kombinációja lehetővé teszi a genetikai információ tárolását és továbbítását. A DNS e négy építőeleme, vagy nukleotidok adeninből, citozinból, guaninból és timinből, vagy egyszerűen A, C, G és T.-ből állnak. Az RNS-ben a T helyére uracil (U) lép. A bázisok az aminosavakat, a fehérjék alapvető építőelemeit kódolják.
A korábbi kutatások szintetikus DNS-t hoztak létre, összesen négy alternatív betűvel és egy rendszervel, amely további két bázispárt tartalmaz (összesen hat), ám a legújabb tanulmányban a tudósok ezt a számot nyolcra növelték.
Promóciós videó:
Az új kutatások szerint a négy új betű, P, B, Z és S, szerkezetükben és funkcionálisan nagyjából hasonló a normál DNS-hez; P és B funkcionálisan purinszerű, míg Z és S pirimidin-szerű. A tesztek során a genetikai rendszer megmutatta az információ tárolásának és továbbításának képességét, lényegében utánozva a szokásos négybetűs DNS molekuláris viselkedését. Fontos szempont, hogy a hachimoji kielégíti Schrödinger követelményeit is, amelyek meghatározzák a molekuláris evolúció darwini rendszerét (ugyanaz a Schrödinger, akinek a macska sem élő, sem halott). Schrödinger négy evolúciós követelményt írt le: az információ tárolására, továbbítására, a szerkezeti integritásra és az észlelhető fizikai formára vagy szerkezetre.
„A Hachimoji DNS mindent megtehet, amit a DNS megtesz az élet fenntartása érdekében. Megjósolhatóan párosul, és a szabályok diktálják stabilitását. A Hachimoji DNS másolható Hachimoji RNS létrehozására, közvetlenül képes szintetizálni a fehérjéket. A Hachimoji RNS szelektív fenotípussal (fizikai szerkezettel), és ebben a kísérletben zöld fluoreszkáló izzóval bírhat."
Laurie Haze, a NASA Bolygótudományi Osztályának ügyvezető igazgatója dicsérte a tanulmányt: "Az élet felfedezése a NASA bolygónkénti tudományos küldetéseinek egyre fontosabb célja, és ez az új munka elősegíti hatékony eszközök és kísérletek kidolgozását, amelyek bővítik kutatásunkat."
„Ez a kutatás azért fontos, mert a DNS-t mindig egyedinek tekintik. Például a DNS az egyetlen anyag, amellyel kiszámítható stabilitással bíró szekvenciákat tervezhetünk”- mondja Floyd Romesberg, a Scripps Intézet genetikusa és egy hat szintetikus páros tanulmány szerzője. „És amint Steve Benner megmutatta, új négy levele szintén teljesíti ennek a kiszámítható stabilitásnak az összes aspektusát. Noha vannak utalások arra, hogy a DNS négy természetes betűjén kívül más dolgok is rendelkezhetnek ezzel a tulajdonsággal, ez a munka valóban ezt bizonyítja először."
Romesberg azt is mondja, hogy a nyolc betűs ábécé fontos alkalmazása a molekuláris asszociációk irányításában, azaz a nukleotidok konfigurációjának programozására való képességben. A nyolcbetűs ábécé, mondja, eredendően specifikusabb, mint a négybetűs ábécé.
"Ugyanakkor haszontalan lesz, ha a nyolc betűs ábécé stabilitása nem kiszámítható vagy programozható" - mondja Romesberg. "Ennek bemutatásával Steve új alkalmazásokat fedez fel, amelyek valószínűleg hamarosan megjelennek laboratóriumában."
A munka eredményei nemcsak asztrobiológiai következményekhez vezethetnek, hanem nyomot hagyhatnak a valós világban is - például javíthatják a diagnosztikai berendezéseket, a környezeti megfigyelést (például a veszélyes vírusok felderítését), alternatív információtárolás, fehérjék hozzáadott aminosavakkal és új innovatív gyógyszerek kialakulásához vezethetnek. …
Ilya Khel