Vuonna 1953, kun tutkijat tunnistivat DNA: n rakenteen lopullisesti, se oli monumentaalinen, Nobel-palkinnon saanut ilmoitus: neljä nukleotidia, joista jokainen sisälsi kirjaimella varustetun emäksen, oli järjestetty kaksoiskierrerakenteeseen. Nämä neljä emästä, tai ”kirjaimet”, muodostavat pareja: adeniini, A, sopii yhteen tymiinin, T: n ja sytosiinin kanssa, C, sitoutuu guaniinin kanssa, G. Nämä parit ovat käytännössä rakennusaineita elämälle maapallolla; tapa, jolla parit on järjestetty, luo geneettiset ohjeet proteiinien valmistukselle, mikä puolestaan auttaa melkein jokaisessa kriittisessä prosessissa, joka pitää meidät hengissä.
Nyt tieteidenvälinen tutkijaryhmä on laajentanut geneettistä aakkosta luomalla synteettistä DNA: ta, joka käyttää kahdeksan kirjainta pikemminkin kuin neljää, sanotaan Science- lehdessä julkaistun uuden tutkimuksen mukaan. Uutta valmistettua rakennetta kutsutaan " hachimoji DNA: ksi" japanilaisista sanoista "kahdeksan" ja kirjaimesta. "Hachimoji DNA: n luominen oli, kuten Carl Zimmer kirjoittaa The New York Times, " ryhmän kemiallinen kiertomatka ". Soveltavan molekyylin evoluution säätiön synteettisen biologin Steven Bennerin johdolla, edistysaskel tarjoaa uusia mahdollisuuksia monilla aloilla, mukaan lukien lääketieteellinen tutkimus ja tietojen tallennus.
Synteettinen DNA valmistetaan tyhjästä laboratoriossa. Mukautettu ohjelmoitu DNA voi antaa ohjeita, joita ei välttämättä esiinny luonnossa. Tällä hetkellä synteettinen DNA - käyttäen tyypillisiä neljää emästä - on suunniteltu uusiin tarkoituksiin, kuten uusien hajusteiden luomiseen hajuvesille, mutta on myös potentiaalisia lääketieteellisiä sovelluksia, kuten entsyymin valmistus, joka hajottaa gluteenia ja hoitaa keliakiaa.
”Hachimoji DNA” lisää kaksi uutta paria - P ja Z, sitten B ja S - seokseen. Aikaisemmassa työssä on luotu erilaisia versioita kuuden emäksen synteettisistä DNA-rakenteista. Kahdeksan emäksen DNA laajentaa dramaattisesti mahdollista kolmen kirjaimen yhdistelmien tai kodonien lukumäärää, jonka DNA voi tallentaa.
Wiredin Megan Molteni selittää:
”Nelikirjaiminen aakkosto antaa sinulle 64 mahdollista kodonia, jotka tuottavat 20 aminohappoa, proteiinien rakennuspalikoita. Kuusi kirjainta vie jopa 256 kodonia; kahdeksan tekee siitä 4 096. ”
Useimmat aikaisemmat emäsparien lisäämisyritykset olivat epävakaita, koska ne käyttivät emäksissään vettä hylkiviä molekyylejä, raportoi Matthew Warren for Nature . Uusia synteettisiä pareja voitiin puristaa luonnollisten parien väliin, mutta niitä ei voitu asettaa peräkkäin. Hachimoji-DNA kuitenkin käyttää vedysidoksia - kuten luonnossa esiintyvä DNA - lisäämällä rakenteellista eheyttä.
Luonnossa DNA sisältää ohjeet proteiinien rakentamiseksi. Avainvaihe tuossa prosessissa on RNA: n peilikuvan juosteen luominen. Muutoin DNA: han tallennetut tiedot jäävät käyttämättä, kuten resepti, jota ei koskaan kypsennetä. Et voi tarkkailla minkään vastikään luodun geenin vaikutusta, puhumattakaan evoluutiosta. Tutkimuksen avustaja Andrew Ellington, Texasin yliopiston evoluutioinsinööri, syntetisoi entsyymin, joka pystyi lukemaan hachimoji-DNA: n (mukaan lukien uudet kirjaimet) ja muodostamaan vastaavan RNA-juosteen. RNA toimi suunnitellulla tavalla, Wiredin Megan Molteni raportoi: toiset loivat vihreän fluoresoivan hehkua, kun taas toiset sitoutuivat maksakasvaimiin tai rintasyöpäsoluihin petrimaljassa.
Hachimoji DNA: n parannettu tallennuskapasiteetti tarkoittaa, että voimme käyttää kahdeksan kirjaimen DNA: ta tietojen tallentamiseen, kuten erittäin kestävä, mikroskooppinen tietokonepiiri. Kuten Ed Yong selittää julkaisussa National Geographic, tutkijat voivat luoda avaimen, joka kääntää tiedot tietokoneiden kieleltä - binaariset 1 ja 0 - DNA-aakkosten kirjaimiksi. DNA kestää paljon kauemmin ja vie paljon vähemmän tilaa kuin kiintolevyt, ja tutkijat ovat onnistuneesti tallentaneet täyden tietokoneen käyttöjärjestelmän ja koko elokuvan normaaliin, nelikirjaimiseen DNA: hon.
Löytö auttaa vastaamaan myös biologiseen kysymykseen: voisiko elämä olla olemassa muilla rakennuspalikoilla kuin neljällä nukleotidiemäksellä, joita käytetään tällä planeetalla? Synteettinen biologi Floyd Romesberg kertoi Naturelle, että uusi tutkimus on ”käsitteellinen läpimurto”.
”Meillä oli jo pitkään vinkkejä siitä, että elämä kehittyi G-, A-, T-, C-luokasta, ei siksi, että ne olivat täsmälleen oikeita raaka-aineita, vaan koska niitä oli yksinkertaisesti saatavilla”, Romesberg sanoi Wiredin haastattelussa, ja tämä tutkimus on ensimmäinen vahvistaa kyseisen epäilyn.
NASA, yksi tutkimusta rahoittaneista organisaatioista, ilmoitti lehdistötiedotteessaan, että hachimoji-DNA-tutkimus ilmoittaa etsimään elämää muilla planeetoilla, koska löytö viittaa siihen, että maapallon ulkopuolinen elämä ei välttämättä käytä samoja rakennuspalikoita kuin elämä maan päällä.
Mutta ovatko tutkijat luoneet aivan uudenlaista elämää maan päällä? Ei, Discoverin mukaan . Vaikka hachimoji-DNA täyttää kaikki elämän rakenteelliset vaatimukset, se ei pysty ylläpitämään itseään huolellisesti kalibroidun laboratorioympäristön ulkopuolella.
