Κυριακή, 24 Φεβρουαρίου 2019

Δημιούργησαν εξωτικό DNA με 4 ζεύγη συζυγών βάσεων. Four new DNA letters double life’s alphabet

Δημιουργήθηκε για πρώτη φορά DNA με οκτώ «γράμματα» του γενετικού αλφαβήτου. DNA is spelled out with four letters, or bases. Researchers have now built a system with eight. It may hold clues to the potential for life elsewhere in the universe and could also expand our capacity to store digital data on Earth. Synthetic DNA seems to behave like the natural variety, suggesting that chemicals beyond nature’s four familiar bases could support life on Earth. An X-ray diffraction image of part of a molecule of DNA. The new, 8-letter version, is similarly stable. Credit: Science Source/Science Photo Library

Το DNA, το μόριο της ζωής στη Γη, αποθηκεύει τις γενετικές πληροφορίες χρησιμοποιώντας ένα «αλφάβητο» από τέσσερα μόνο χημικά «γράμματα» (γουανίνη, κυτοσίνη, αδενίνη, θυμίνη), γνωστότερα εν συντομία από τα αντίστοιχα αρχικά τους στα αγγλικά G, C, A και T. Τώρα, επιστήμονες στις ΗΠΑ ανακοίνωσαν ότι διπλασίασαν τον αριθμό αυτών των θεμελιωδών λίθων της ζωής, δημιουργώντας για πρώτη φορά ένα συνθετικό γενετικό αλφάβητο με οκτώ γράμματα, που φαίνεται να «δουλεύει», όπως και το φυσικό DNA, αποθηκεύοντας και μεταφέροντας γενετικές πληροφορίες.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Στίβεν Μπένερ, ιδρυτή του Ιδρύματος Εφαρμοσμένης Μοριακής Εξέλιξης στη Φλόριντα, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Science», σύμφωνα με τους «Τάιμς της Νέας Υόρκης» και το «Nature», ανέφεραν ότι το διευρυμένο γενετικό αλφάβητο -ή πιο σωστά το νέο πληροφοριακό μοριακό σύστημα- θα μπορούσε (θεωρητικά τουλάχιστον) να υποστηρίξει και αυτό τη ζωή.

Για «πραγματικό ορόσημο» έκανε λόγο ο χημικός βιολόγος Φλόιντ Ρόουμσμπεργκ του Ινστιτούτου Ερευνών Scripps της Καλιφόρνια. Όπως είπε, το επίτευγμα δείχνει ότι δεν υπάρχει τίποτε ιδιαίτερα «μαγικό» ή ξεχωριστό σε αυτά τα τέσσερα χημικά «γράμματα» που εξελίχθηκαν στον πλανήτη μας και πάνω στα οποία μέχρι στιγμής έχει στηριχθεί η ζωή. Άρα στο μέλλον περισσότερα «γράμματα» θα μπορούσαν να κάνουν το ίδιο.

Στη διπλή έλικα του DNA, το «γράμμα» Α ζευγαρώνει με το Τ και το C με το G, αναπτύσσοντας δεσμούς μέσω των ατόμων υδρογόνου. Εδώ και χρόνια οι επιστήμονες προσπαθούν να προσθέσουν περισσότερα ζευγάρια ‘γραμμάτων’ (ή βάσεων) στο γενετικό κώδικα. Ο Μπένερ ήταν ο πρώτος που στη δεκαετία του 1980 δημιούργησε τις πρώτες «αφύσικες» βάσεις, ενώ ο Ρόουμσμπεργκ ήταν ο πρώτος που το 2014 εισήγαγε ένα ζεύγος συνθετικών βάσεων μέσα σε ένα ζωντανό κύτταρο βακτηρίου, δημιουργώντας ένα DNA με έξι «γράμματα».

Με τη νέα έρευνα, οι επιστήμονες έδειξαν ότι είναι δυνατό δύο νέα ζεύγη (από τις τέσσερις μη φυσικές βάσεις S, B, P, Z) να συνδυασθούν με τις φυσικές βάσεις και να ενσωματωθούν κανονικά στη διπλή έλικα του DNA. Τα τέσσερα πρόσθετα συνθετικά «γράμματα» δημιουργήθηκαν μέσω επέμβασης στη μοριακή δομή των τεσσάρων κανονικών βάσεων.

This illustration shows the structure of a new synthetic DNA molecule, dubbed hachimoji DNA, which uses the four informational ingredients of regular DNA (green, red, blue, yellow) in addition to four new ones (cyan, pink, purple, orange). Credits: Indiana University School of Medicine

Οι ερευνητές ονόμασαν το νέο γενετικό αλφάβητο «Hachimoji», που σημαίνει «οκτώ γράμματα» στα ιαπωνικά. Τα πειράματα που έκαναν οι ερευνητές, δημιουργώντας εκατοντάδες μόρια συνθετικού DNA, έδειξαν ότι το Hachimoji φαίνεται ικανό να αποθηκεύσει γενετικές πληροφορίες και να στηρίξει την ανάπτυξη της ζωής. Δημιουργεί και αυτό διπλές έλικες -μια ανάμιξη φυσικών και συνθετικών «γραμμάτων»- που έχουν σταθερή δομή, ανεξάρτητα από τον τρόπο που δημιουργούνται τα ζεύγη των βάσεων και ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία στην οποία εκτίθενται.

Οι ερευνητές έδειξαν, επίσης, ότι το συνθετικό DNA μπορεί να μεταγραφεί κανονικά στο αδελφό μόριο RNA, όπως και το φυσικό. Η μετατροπή αυτή είναι ζωτική για την «μετάφραση» των γενετικών πληροφοριών των γονιδίων σε πρωτεΐνες.

Η Αμερικανική Διαστημική Υπηρεσία (NASA) υποστηρίζει χρηματοδοτικά τη νέα έρευνα, την οποία θεωρεί σημαντική από άποψη αστροβιολογίας, καθώς βοηθά στην ανακάλυψη πιθανών εξωγήινων «υπογραφών» της ζωής στο σύμπαν, οι οποίες μπορεί να διαφέρουν από αυτές που έχουν εξελιχθεί στη Γη.

Μια πιο πρακτική και άμεση χρήση είναι η αξιοποίηση του συνθετικού DNA για ιατρικές διαγνώσεις και ο Μπένερ έχει ήδη δημιουργήσει μια εταιρεία γι’ αυτό το σκοπό. Ακόμη το συνθετικό DNA μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία νέων πρωτεϊνών-ενζύμων και νέου RNA.

Είναι, επίσης, πιθανό να αξιοποιηθεί μελλοντικά για την αποθήκευση ψηφιακών αρχείων που θα αντέχουν πολύ στο χρόνο, καθώς το DNA μένει ανέπαφο για αιώνες. Πέρυσι ερευνητές της Microsoft και του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον αποθήκευσαν δεδομένα 200 megabytes (35 τραγούδια, βίντεο, κείμενα και άλλα αρχεία) σε μερικά μόνο μόρια DNA. Ένα συνθετικό DNA ανοίγει ακόμη μεγαλύτερες δυνατότητες σε αυτό το πεδίο – και όσα γράμματα περιέχει, τόσο το καλύτερο. Η ερευνητική ομάδα του Μπένερ ήδη διερευνά τη δυνατότητα δημιουργίας DNA με δέκα ή και 12 «γράμματα».