Το 1953, όταν οι επιστήμονες προσδιόρισαν με ακρίβεια τη δομή του DNA, ήταν μια μνημειώδης αποκάλυψη με το βραβείο Νόμπελ: τέσσερα νουκλεοτίδια, το καθένα από τα οποία περιείχαν μια ετικέτα με επιστολή, τοποθετήθηκαν σε δομή διπλής έλικας. Αυτές οι τέσσερις βάσεις ή "γράμματα" σχηματίζουν ζεύγη: αδενίνη, Α, ταιριάζει με θυμίνη, Τ και κυτοσίνη, δεσμούς με γουανίνη, Ζ. Αυτά τα ζεύγη είναι ουσιαστικά τα δομικά στοιχεία της ζωής στη Γη. ο τρόπος με τον οποίο τα ζευγάρια είναι τοποθετημένα δημιουργεί τις γενετικές οδηγίες για το πώς κατασκευάζονται οι πρωτεΐνες, οι οποίες με τη σειρά τους βοηθούν σχεδόν σε κάθε κρίσιμη διαδικασία που μας κρατά ζωντανή.
Τώρα, μια διεπιστημονική ομάδα ερευνητών έχει επεκτείνει το γενετικό αλφάβητο δημιουργώντας συνθετικό DNA που χρησιμοποιεί οκτώ γράμματα και όχι τέσσερα, σύμφωνα με νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science . Η νέα κατασκευασμένη δομή ονομάζεται " hachimoji DNA", από τις ιαπωνικές λέξεις για "οκτώ" και γράμματα. "Η δημιουργία του hachimoji DNA ήταν, όπως γράφει ο Carl Zimmer στους The New York Times, " μια χημική περιπλάνηση " με επικεφαλής τον Steven Benner, συνθετικό βιολόγο στο Ίδρυμα Εφαρμοσμένης Μοριακής Εξέλιξης, η οποία προσφέρει νέες δυνατότητες σε πολλούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της ιατρικής έρευνας και της αποθήκευσης δεδομένων.
Το συνθετικό DNA γίνεται από το μηδέν σε ένα εργαστήριο. Το προσαρμοσμένο προγραμματισμένο DNA μπορεί να παρέχει οδηγίες που μπορεί να μην εμφανίζονται στη φύση. Αυτή τη στιγμή, το συνθετικό DNA που χρησιμοποιεί τις τυπικές τέσσερις βάσεις έχει σχεδιαστεί για νέους σκοπούς, όπως η δημιουργία νέων μυρωδιών για το άρωμα, αλλά υπάρχουν και πιθανές ιατρικές εφαρμογές, όπως η κατασκευή ενός ενζύμου που μπορεί να διασπάσει τη γλουτένη και να θεραπεύσει την κοιλιοκάκη.
Το "Hachimoji DNA" προσθέτει δύο νέα ζεύγη - P και Z, στη συνέχεια Β και S - στο μείγμα. Οι προηγούμενες εργασίες έχουν δημιουργήσει διαφορετικές εκδοχές συνθετικών δομών ϋΝΑ έξι βάσεων. Οκτώ βάσεις DNA επεκτείνουν δραματικά τον πιθανό αριθμό συνδυασμών τριών γραμμάτων ή κωδικώνων που μπορεί να αποθηκεύσει το DNA.
Ο Megan Molteni του Wired εξηγεί:
"Ένα αλφάβητο τεσσάρων γραμμάτων σας δίνει 64 πιθανά κωδικόνια, τα οποία παράγουν 20 αμινοξέα, τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών. Έξι γράμματα σας μεταφέρουν μέχρι 256 κωδικόνια. οκτώ το κάνει 4.096. "
Οι περισσότερες από τις προηγούμενες προσπάθειες προσθήκης ζευγών βάσεων ήταν ασταθείς επειδή χρησιμοποίησαν μόρια που απωθούν το νερό στις βάσεις τους, αναφέρει ο Matthew Warren για τη Φύση . Τα νέα συνθετικά ζεύγη θα μπορούσαν να συμπιεστούν ανάμεσα σε φυσικά ζεύγη, αλλά δεν θα μπορούσαν να τοποθετηθούν σε μια σειρά. Το DNA hachimoji, ωστόσο, χρησιμοποιεί δεσμούς υδρογόνου -όπως συμβαίνει με τη φυσική δομή DNA που προσθέτει δομική ακεραιότητα.
Στη φύση, το DNA περιέχει τις οδηγίες για την κατασκευή πρωτεϊνών. Ένα βασικό βήμα σε αυτή τη διαδικασία είναι η δημιουργία ενός σκέλους RNA του καθρέφτη-εικόνας. Διαφορετικά, οι πληροφορίες που αποθηκεύονται στο DNA παραμένουν αχρησιμοποίητες, όπως μια συνταγή που ποτέ δεν μαγειρεύεται. Δεν θα είστε σε θέση να παρατηρήσετε την επίδραση οποιωνδήποτε νεοσύστατων γονιδίων, πόσο μάλλον να δείτε την εξέλιξη. Ο συν-συγγραφέας της μελέτης Andrew Ellington, ένας εξελικτικός μηχανικός στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, συνέθεσε ένα ένζυμο που θα μπορούσε να διαβάσει το hachimoji DNA (συμπεριλαμβανομένων των νέων γραμμάτων) και να δημιουργήσει ένα αντίστοιχο σκέλος RNA. Το RNA λειτούργησε όπως σχεδιάστηκε, οι αναφορές Megan Molteni του Wired : μερικές δημιούργησαν μια πράσινη φθορίζουσα λάμψη, ενώ άλλες προσδέθηκαν σε όγκους ήπατος ή κύτταρα καρκίνου του μαστού σε ένα τρυβλίο Petri.
Η αναβαθμισμένη χωρητικότητα αποθήκευσης του DNA του Hachimoji σημαίνει ότι θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε το DNA των οκτώ επιστολών για την αποθήκευση πληροφοριών, όπως ένα υπερ-ανθεκτικό, μικροσκοπικό τσιπ υπολογιστή. Όπως εξηγεί ο Ed Yong στο National Geographic, οι ερευνητές μπορούν να δημιουργήσουν ένα κλειδί που μεταφράζει πληροφορίες από τη γλώσσα των υπολογιστών - δυαδικών 1 και 0 '- στα γράμματα του αλφαβήτου DNA. Το DNA διαρκεί πολύ περισσότερο και καταλαμβάνει πολύ λιγότερο χώρο από τους σκληρούς δίσκους και οι ερευνητές έχουν αποθηκεύσει επιτυχώς ένα πλήρες λειτουργικό σύστημα υπολογιστή και μια ολόκληρη ταινία σε κανονικό DNA τεσσάρων γραμμάτων.
Η ανακάλυψη βοηθά επίσης στην απάντηση σε ένα βιολογικό ζήτημα: θα μπορούσε να υπάρξει ζωή χρησιμοποιώντας άλλα δομικά στοιχεία εκτός από τις τέσσερις βάσεις νουκλεοτιδίων που χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον πλανήτη; Ο συνθετικός βιολόγος Floyd Romesberg είπε στη Φύση ότι η νέα έρευνα είναι "μια εννοιολογική ανακάλυψη".
"Για πολύ καιρό είχαμε υποδείξεις ότι η ζωή εξελίχθηκε από το G, A, T, C, όχι επειδή ήταν ακριβώς οι σωστές πρώτες ύλες, αλλά επειδή ήταν απλά διαθέσιμες", δήλωσε ο Romesberg σε συνέντευξή του στο Wired, και αυτή η μελέτη είναι το πρώτο που επιβεβαιώνει αυτήν την υπόνοια.
Η NASA, μία από τις οργανώσεις που χρηματοδότησε τη μελέτη, ανακοίνωσε σε δελτίο τύπου ότι η έρευνα DNA του hachimoji θα ενημερώσει την αναζήτηση της ζωής σε άλλους πλανήτες, καθώς η ανακάλυψη υποδηλώνει ότι η εξωγήινη ζωή μπορεί να μην χρησιμοποιεί τα ίδια δομικά στοιχεία όπως η ζωή στη Γη.
Αλλά οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει έναν εντελώς νέο τύπο ζωής στη Γη; Όχι, σύμφωνα με το Discover . Ενώ το hachimoji DNA πληροί όλες τις δομικές απαιτήσεις για τη ζωή, δεν μπορεί να αντέξει έξω από το προσεκτικά βαθμονομημένο εργαστηριακό περιβάλλον.
