Phillip Hopkins
0 
1319
149
Een paar miljard jaar geleden dansten vier moleculen in de elegante dubbele helixstructuur van DNA, dat de codes voor het leven op onze planeet vormt. Maar waren deze vier spelers echt fundamenteel voor het uiterlijk van het leven - of hadden anderen ook aanleiding kunnen geven tot onze genetische code??
Een nieuwe studie, vandaag (20 februari) gepubliceerd in het tijdschrift Science, ondersteunt de laatste stelling: wetenschappers hebben onlangs een nieuw soort DNA in zijn elegante dubbele helixstructuur gegoten en ontdekten dat het eigenschappen had die het leven zouden kunnen ondersteunen..
Maar als natuurlijk DNA een kort verhaal is, dan is dit synthetische DNA een Tolstoj-roman.
De onderzoekers maakten het synthetische DNA met behulp van vier extra moleculen, zodat het resulterende product een code had die uit acht letters bestond in plaats van vier. Met de toename van letters had dit DNA een veel grotere capaciteit om informatie op te slaan. Wetenschappers noemden het nieuwe DNA "hachimoji" - wat in het Japans "acht letters" betekent - voortbouwend op het eerdere werk van verschillende groepen die met zes letters vergelijkbaar DNA hadden gemaakt. [Genetica in cijfers: 10 prikkelende verhalen]
De code schrijven
Natuurlijk DNA is samengesteld uit vier moleculen, stikstofbasen genaamd, die met elkaar paren om de code voor het leven op aarde te vormen: A bindt aan T; G bindt aan C.Het Hachimoji-DNA omvat deze vier natuurlijke basen, plus nog vier synthetisch gemaakte nucleotidebasen: P, B, Z en S.
De onderzoeksgroep, die verschillende teams in de VS omvatte, creëerde honderden van deze dubbele Hachimoji-helixen met verschillende combinaties van de natuurlijke en synthetische nucleotide-basenparen. Vervolgens voerden ze een reeks experimenten uit om te zien of de verschillende dubbele helixen eigenschappen hadden die nodig waren om leven te ondersteunen.
Natuurlijk DNA heeft een kenmerkende eigenschap die geen enkel ander genetisch molecuul lijkt te hebben: het is stabiel en voorspelbaar. Dat betekent dat onderzoekers precies kunnen berekenen hoe het zich zal gedragen in bepaalde temperaturen en omgevingen, inclusief wanneer het zal verslechteren.
Maar het blijkt dat de onderzoekers dit ook konden doen met het Hachimoji-DNA - ze konden een reeks regels bedenken die de stabiliteit van het DNA kunnen voorspellen wanneer het wordt blootgesteld aan verschillende temperaturen..
Vereisten voor het leven
De bevinding dat het mogelijk is om de vier synthetische basen toe te voegen en toch een 'code te krijgen die voorspelbaar en programmeerbaar is ... dat is gewoon ongekend', zei Floyd Romesberg, een professor scheikunde bij Scripps Research in Californië, die geen deel uitmaakte van de studie, maar die eerder gepubliceerd onderzoek naar een eerdere code van zes letters. Deze "landmark paper" suggereert inderdaad dat G, C, A en T "niet uniek zijn", vertelde Romesberg .
Senior auteur Steven Benner,beaamde een vooraanstaande fellow bij de Foundation for Applied Molecular Evolution in Florida. Als ergens anders in het universum leven ook in DNA is gecodeerd, zal het niet 'precies zijn zoals wat we hier op aarde hebben', vertelde Benner. "Het is erg handig om dit soort experimenten in het laboratorium te hebben om te begrijpen welke alternatieve structuren [kunnen bestaan]."
Maar het creëren van DNA dat informatie opslaat, is niet genoeg, merkte Benner op. Het moet ook de mogelijkheid hebben om die informatie over te dragen aan zijn zustermolecuul RNA, zodat dat RNA vervolgens eiwitten kan instrueren om alle zaken in een organisme uit te voeren..
Met dat in gedachten ontwikkelden de onderzoekers synthetische enzymen - eiwitten die een reactie mogelijk maken - die met succes Hachimoji-DNA kopiëren naar Hachimoji-RNA. Bovendien ontdekten ze dat het RNA-molecuul kon worden opgevouwen tot een soort L-vorm die nodig zou zijn om informatie verder over te dragen.
Bovendien moeten de DNA-strengen in dezelfde driedimensionale structuur kunnen draaien: de beroemde dubbele helix.
Het team creëerde drie kristalstructuren van Hachimoji-DNA, elk met verschillende sequenties van de acht basenparen, en ontdekte dat elk inderdaad de klassieke dubbele helix vormde..
Maar om het Hachimoji-DNA het leven te laten ondersteunen, is er een vijfde vereiste, zei Benner. Dat wil zeggen, het moet zelfvoorzienend zijn of het vermogen hebben om zelfstandig te overleven. De onderzoekers stopten echter met het onderzoeken van deze stap, om te voorkomen dat het molecuul een biologisch gevaar zou worden dat op een dag zou kunnen doordringen in het genoom van organismen op aarde..
Een groeiende woordenschat
Afgezien van het opvangen van alternatieven voor leven in de kosmos, heeft deze achtletterige DNA-streng ook toepassingen hier op onze planeet. Een genetisch alfabet van acht letters zal meer informatie opslaan en specifieker aan bepaalde doelen binden, zei Benner. Hachimoji-DNA kan bijvoorbeeld worden gebruikt om te binden aan leverkankercellen of miltvuur-toxines, of worden gebruikt om chemische reacties te versnellen.
"Door het aantal letters te verhogen van zes naar acht, wordt de diversiteit aan DNA-sequenties enorm vergroot", zegt Ichiro Hirao, een synthetisch moleculair bioloog aan het Institute of Bioengineering and Nanotechnology, A * STAR in Singapore, die ook geen deel uitmaakte van het onderzoek. , zei in een e-mail. (Hirao's team was echter ook betrokken bij eerder onderzoek dat zesletterige DNA-strengen creëerde)
Natuurlijk "dit is slechts een eerste demonstratie" van een achtletterige dubbele DNA-helix, en voor praktisch gebruik moeten we de nauwkeurigheid en efficiëntie van replicatie en transcriptie naar RNA verbeteren, zei Hirao in een e-mail. Hij stelt zich voor dat ze uiteindelijk misschien nog meer letters kunnen opbouwen.
- Het menselijk genoom ontrafelen: 6 moleculaire mijlpalen
- 5 geweldige technologieën die biotechnologie revolutioneren
- 10 geweldige dingen die wetenschappers net hebben gedaan met CRISPR
Oorspronkelijk gepubliceerd op .