Beberapa bilion tahun yang lalu, empat molekul menari ke dalam struktur helix double-helix yang elegan, yang menyediakan kod kehidupan untuk planet kita. Tetapi adakah ini empat pemain yang benar-benar penting untuk kemunculan hidup - atau bolehkah orang lain juga menimbulkan kod genetik kami?
Kajian baru yang diterbitkan hari ini (20 Februari) dalam jurnal Sains, menyokong cadangan terakhir: Para saintis baru-baru ini telah membentuk sejenis DNA baru ke dalam struktur heliks ganda yang elegan dan mendapati ia mempunyai sifat yang dapat menyokong kehidupan.
Tetapi jika DNA semulajadi adalah cerita pendek, DNA sintetik ini adalah novel Tolstoy.
Para penyelidik membuat DNA sintetik menggunakan empat molekul tambahan, supaya produk yang dihasilkan mempunyai kod yang terdiri daripada lapan huruf dan bukannya empat. Dengan peningkatan huruf, DNA ini mempunyai kapasiti yang lebih besar untuk menyimpan maklumat. Para saintis memanggil DNA baru "hachimoji" - yang bermaksud "lapan huruf" dalam bahasa Jepun - memperluaskan kerja sebelumnya dari kumpulan yang berbeza yang telah mencipta DNA yang sama menggunakan enam huruf.
Menulis kod
DNA semulajadi terdiri daripada empat molekul, yang dipanggil nitrogenous bases, yang berpasangan antara satu sama lain untuk membentuk kod untuk kehidupan di Bumi: Mengikat dengan T; G mengikat dengan C. DNA Hachimoji termasuk empat asas semulajadi, ditambah empat asas nukleotida buatan sintetik: P, B, Z dan S.
Kumpulan penyelidikan, yang merangkumi beberapa pasukan yang berlainan di A.S., mencipta beratus-ratus heliks ganda Hachimoji ini dengan kombinasi berlainan pasangan asas nukleotida semulajadi dan sintetik. Kemudian, mereka menjalankan beberapa eksperimen untuk melihat sama ada pelbagai heliks ganda mempunyai sifat yang diperlukan untuk menyokong kehidupan.
DNA semulajadi mempunyai ciri khas yang tidak mempunyai molekul genetik yang lain: Ia stabil dan boleh diramal. Ini bermakna para penyelidik boleh mengira dengan tepat bagaimana ia akan berkelakuan dalam suhu dan persekitaran tertentu, termasuk ketika ia akan merendahkan.
Tetapi ternyata para penyelidik juga dapat melakukan ini dengan DNA Hachimoji - mereka boleh menghasilkan satu set peraturan yang dapat meramalkan kestabilan DNA apabila ia terdedah kepada suhu yang berbeza.
Keperluan untuk kehidupan
Penemuan itu mungkin untuk menambah empat pangkalan sintetik dan masih mendapat "kod yang boleh diprediksi dan boleh diprogram ... yang tidak pernah berlaku sebelum ini," kata Floyd Romesberg, seorang profesor kimia di Scripps Research di California, yang bukan sebahagian daripada kajian tetapi yang sebelum ini menerbitkan penyelidikan pada kod enam huruf sebelumnya. Ini "kertas penting" mencadangkan bahawa G, C, A dan T "tidak unik," kata Romesberg kepada Live Science.
Penulis Kanan Steven Benner,seorang yang terkenal di Yayasan untuk Evolusi Molekul Terapan di Florida, bersetuju. Jika di tempat lain di alam semesta, kehidupan juga dikodkan dalam DNA, ia tidak akan "sama seperti apa yang kita ada di Bumi," kata Benner kepada Sains Live. "Ia amat berguna untuk melakukan eksperimen seperti ini di makmal untuk memahami apa struktur alternatif."
Tetapi mencipta DNA yang menyimpan maklumat tidak mencukupi, Benner berkata. Ia juga perlu mempunyai keupayaan untuk memindahkan maklumat tersebut kepada RNA molekul kakaknya, supaya RNA kemudian dapat memerintahkan protein untuk menjalankan semua perniagaan dalam organisma.
Dengan itu, para penyelidik mengembangkan enzim sintetik - protein yang memfasilitasi tindak balas - yang berjaya menyalin DNA Hachimoji ke Hachimoji RNA. Tambahan pula, mereka mendapati bahawa molekul RNA dapat dilipat ke dalam bentuk L yang diperlukan untuk memindahkan maklumat selanjutnya.
Di samping itu, helai DNA mestilah berpusing ke dalam struktur tiga dimensi yang sama - helix dua helix yang terkenal.
Pasukan ini membentuk tiga struktur kristal Hachimoji DNA, masing-masing dengan urutan berlainan dari lapan pasangan asas, dan mendapati bahawa sesungguhnya, masing-masing membentuk heliks ganda klasik.
Namun, bagi Hachimoji DNA untuk menyokong kehidupan, ada keperluan kelima, kata Benner. Iaitu, ia perlu bersandar diri atau mempunyai keupayaan untuk terus hidup sendiri. Walau bagaimanapun, para penyelidik berhenti menyiasat langkah ini, untuk mengelakkan molekul daripada menjadi biohazard yang boleh satu hari bekerja ke dalam genom organisma di Bumi.
Perbendaharaan kata yang berkembang
Selain dari alternatif untuk kehidupan di alam semesta, helai DNA lapan huruf ini juga mempunyai aplikasi di planet ini. Abjad genetik lapan huruf akan menyimpan lebih banyak maklumat dan mengikat sasaran tertentu lebih spesifik, kata Benner. Sebagai contoh, DNA Hachimoji mungkin digunakan untuk mengikat sel-sel kanser hati atau toksin antraks, atau digunakan untuk mempercepat tindak balas kimia.
"Dengan meningkatkan bilangan huruf dari enam hingga lapan, kepelbagaian urutan DNA sangat meningkat," kata Ichiro Hirao, ahli biologi molekul sintetik di Institut Bioengineering dan Nanoteknologi, A * STAR di Singapura yang juga bukan sebahagian daripada kajian , kata dalam e-mel. (Pasukan Hirao juga terlibat, dalam penyelidikan terdahulu yang mencipta helai enam huruf DNA)
Sudah tentu, "ini adalah demonstrasi pertama" dari helix dua helix DNA lapan huruf, dan untuk penggunaan praktikal, kita perlu meningkatkan ketepatan dan kecekapan replikasi dan transkripsi ke RNA, kata Hirao dalam e-mel. Dia membayangkan bahawa akhirnya mereka mungkin dapat membina lebih banyak huruf.
