Traditionellt DNA består av fyra baspar, A, C, G och T. Men det nyligen skapade genetiska systemet är packat med åtta - dubbelt så många som normalt skulle återfinnas i självreplikerande molekyler. Det nya systemet kallades "hachimoji", och vad som är mest intressant - det kan se ut som byggstenarna för utomjordiskt liv, det vill säga utlänningar. En ny studie publicerad nyligen i Science beskriver hachimoji, som betyder "åtta bokstäver" på japanska.
Förutom de fyra basparna har detta genetiska system fyra byggstenar, som avsevärt ökar informationstätheten jämfört med konventionellt DNA. Forskarna som lämnar in arbetet säger att det nya systemet kan vara tillräckligt robust för att stödja livet - det vill säga stödja de processer som krävs för Darwinian självreplikation.
Främmande DNA med åtta bokstäver
Låt oss göra det klart med en gång att hachimoji inte är en självständig självhållande organisme. Snarare är det en modell av en alternativ genetisk struktur som krävs för att upprätthålla självreplikerande liv. På jorden utför endast RNA och DNA denna funktion, men det betyder inte att andra alternativ i rymden inte kan existera. I själva verket är astrobiologer mycket intresserade av denna studie, eftersom den visar en annan möjlig mekanism från vilken livet kan uppstå, utvecklas och bli komplex.
Studiens författare hävdar inte att hachimoji finns i hela universum, men de tror att det är möjligt att ta och "föreställa parallella processer", sa Andrew Ellington, medförfattare till den nya forsknings- och syntetbiologen vid University of Texas, Austin. "Genom att noggrant analysera roller, form, storlek och struktur i hachimoji-DNA utvidgar vi i detta arbete vår förståelse för de typer av molekyler som kan lagra information om utomjordiskt liv i främmande världar."
I normalt RNA och DNA tillåter kombinationen av fyra baspar lagring och överföring av genetisk information. Dessa fyra byggstenar av DNA, eller nukleotider, består av adenin, cytosin, guanin och tymin, eller helt enkelt A, C, G och T. I RNA ersätts T av uracil (U). Basbaser kodar för aminosyror, de grundläggande byggstenarna för proteiner.
Tidigare forskning har skapat syntetiskt DNA med fyra alternativa bokstäver totalt och ett system med ytterligare två baspar (totalt sex), men i den senaste studien har forskare ökat antalet till åtta.
Kampanjvideo:
De fyra nya bokstäverna, P, B, Z och S, liknar ungefär struktur och funktionalitet som vanligt DNA enligt ny forskning; P och B är purinliknande i funktion, medan Z och S är pyrimidinliknande. I tester har det genetiska systemet visat förmågan att lagra och överföra information, väsentligen efterlikna molekylbeteendet hos regelbundet fyra-bokstavs-DNA. Det är viktigt att hachimoji också uppfyller Schrödingers krav, som definierar det darwiniska molekylära evolutionssystemet (samma Schrödinger vars katt varken är levande eller död). Schrödinger beskrev fyra krav för utveckling: informationslagring, överföring, strukturell integritet och en urskiljbar fysisk form eller struktur.
”Hachimoji DNA kan göra allt som DNA gör för att upprätthålla livet. Det kopplas förutsägbart, och reglerna dikterar dess stabilitet. Hachimoji-DNA kan kopieras för att skapa Hachimoji RNA, kan syntetisera proteiner direkt. Hachimoji RNA kan ha en selektiv fenotyp (fysisk struktur) och i detta experiment och en grön lysrör."
Laurie Haze, tillförordnad chef för NASA: s planetary Science Division, berömde studien: "Upptäckten av livet är ett allt viktigare mål för NASA: s planetära vetenskapsuppdrag, och detta nya arbete kommer att hjälpa till att utveckla effektiva verktyg och experiment som kommer att utöka vår sökning."
”Denna forskning är viktig eftersom DNA alltid har betraktats som unikt. Till exempel är DNA det enda materialet som vi kan utforma sekvenser med förutsägbar stabilitet, säger Floyd Romesberg, genetiker vid Scripps Institute och författare till en studie med sex syntetiska par.”Och som Steve Benner har visat, uppfyller hans nya fyra bokstäver också alla aspekter av denna förutsägbara stabilitet. Även om det har funnits tips om att andra saker än de fyra naturliga bokstäverna i DNA kan ha den här egenskapen, visar detta verk verkligen detta för första gången.”
Romesberg säger också att en viktig tillämpning av alfabetet med åtta bokstäver är i kontrollen av molekylära föreningar, det vill säga förmågan att programmera konfigurationen av nukleotider. Alfabetet med åtta bokstäver, sade han, är i sig mer specifikt än alfabetet med fyra bokstäver.
”Det kommer dock att vara värdelöst om stabiliteten i alfabetet med åtta bokstäver inte är förutsägbart eller programmerbart,” säger Romesberg. "Genom att demonstrera detta upptäckte Steve nya applikationer som troligen kommer att dyka upp i hans laboratorium snart."
Resultaten av arbetet kan leda inte bara till astrobiologiska konsekvenser, utan också lämna ett märke i den verkliga världen - till exempel förbättra diagnostisk utrustning, övervaka miljön (som att upptäcka farliga virus), leda till att alternativ information lagras, proteiner med tillsatta aminosyror och nya innovativa läkemedel …
Ilya Khel