I 1953, da forskere endeligt identificerede DNA's struktur, var det en monumental, nobelprisvindende åbenbaring: Fire nukleotider, der hver indeholdt en bogmærket base, blev arrangeret i en dobbelt helixstruktur. Disse fire baser eller "bogstaver" danner par: adenin, A, matcher med thymin, T og cytosin, C, bindinger med guanin, G. Disse par er i det væsentlige byggestenene for livet på Jorden; den måde parrene arrangeres på skaber de genetiske instruktioner for, hvordan proteiner fremstilles, hvilket igen hjælper stort set med hver kritisk proces, der holder os i live.
Nu har et tværfagligt team af forskere udvidet det genetiske alfabet ved at skabe syntetisk DNA, der bruger otte bogstaver snarere end fire, ifølge en ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Science . Den nye fremstillede struktur kaldes " hachimoji DNA" fra de japanske ord for "otte" og bogstav. "Oprettelse af hachimoji DNA var, som Carl Zimmer skriver i The New York Times, " en kemisk tour-de-force "for gruppen ledet af Steven Benner, en syntetisk biolog ved Foundation for Applied Molecular Evolution. Forskuddet giver nye muligheder inden for mange områder, herunder medicinsk forskning og datalagring.
Syntetisk DNA fremstilles fra bunden i et laboratorium. Det brugerdefinerede programmerede DNA kan give instruktioner, der muligvis ikke forekommer i naturen. Lige nu er syntetisk DNA - ved hjælp af de typiske fire baser - blevet konstrueret til nye formål, som at skabe nye dufte til parfume, men der er også potentielle medicinske anvendelser, som at fremstille et enzym, der kan nedbryde gluten og behandle cøliaki.
"Hachimoji DNA" tilføjer to nye par - P og Z, derefter B og S - i blandingen. Tidligere arbejde har skabt forskellige versioner af seks-base syntetiske DNA-strukturer. Otte-base-DNA udvider dramatisk det mulige antal kombinationer med tre bogstaver eller kodoner, som DNA kan lagre.
Wired's Megan Molteni forklarer:
”Et alfabet med fire bogstaver giver dig 64 mulige kodoner, der giver 20 aminosyrer, byggestenene til proteiner. Seks bogstaver tager dig op til 256 kodoner; otte gør det 4.096. ”
De fleste tidligere forsøg på at tilføje basepar var ustabile, fordi de brugte vandafvisende molekyler i deres baser, rapporterer Matthew Warren for Nature . Nye syntetiske par kunne klemmes ind mellem naturlige par, men kunne ikke placeres i række. Hachimoji-DNA'et bruger imidlertid brintbindinger - ligesom naturligt forekommende DNA - hvilket tilføjer strukturel integritet.
I naturen indeholder DNA instruktionerne til at opbygge proteiner. Et vigtigt trin i denne proces er at skabe en spejlbillede-streng af RNA. Ellers forbliver de oplysninger, der er gemt i DNA, ubrugt, ligesom en opskrift, der aldrig er kogt. Du vil ikke være i stand til at iagttage virkningen af nogen nyoprettede gener, måske ikke mindst se evolutionen. Undersøg medforfatter Andrew Ellington, en evolutionær ingeniør ved University of Texas, syntetiseret et enzym, der kunne læse hachimoji-DNA'et (inklusive de nye bogstaver) og fremstille en tilsvarende RNA-streng. RNA arbejdede som designet, rapporterer Wired 's Megan Molteni: nogle skabte en grøn fluorescerende glød, mens andre bundet til levertumorer eller brystkræftceller i en petriskål.
Hachimoji DNA's opgraderede lagerkapacitet betyder, at vi kunne bruge det otte bogstaver DNA til at gemme information, ligesom en super-holdbar, mikroskopisk computerchip. Som Ed Yong forklarer i National Geographic, kan forskere oprette en nøgle, der oversætter information fra sprog på computere - binære 1'er og 0'er - til bogstaverne i DNA-alfabetet. DNA varer langt længere og tager meget mindre plads end harddiske, og forskere har med succes lagret et komplet computer-operativsystem og en hel film i normalt, fire bogstaver DNA.
Opdagelsen hjælper også med at besvare en biologisk kvandær: kunne der eksistere liv ved hjælp af andre byggestener end de fire nukleotidbaser, der bruges på denne planet? Den syntetiske biolog Floyd Romesberg fortalte Nature, at den nye forskning er "et konceptuelt gennembrud."
”I lang tid havde vi antydninger om, at livet udviklede sig fra G, A, T, C, ikke fordi de var nøjagtigt de rigtige råvarer, men fordi de ganske enkelt var tilgængelige, ” sagde Romesberg i et interview med Wired, og denne undersøgelse er den første til at bekræfte denne mistanke.
NASA, en af de organisationer, der finansierede undersøgelsen, annoncerede i en pressemeddelelse, at hachimoji-DNA-forskningen vil informere om sin søgen efter liv på andre planeter, da opdagelsen antyder, at udenjordisk liv muligvis ikke bruger de samme byggesten som livet på Jorden.
Men har forskerne skabt en helt ny type liv på Jorden? Nej, ifølge Discover . Mens hachimoji DNA opfylder alle de strukturelle krav til livet, kan det ikke opretholde sig selv uden for det omhyggeligt kalibrerede laboratoriemiljø.
