Toen wetenschappers in 1953 definitief de structuur van DNA identificeerden, was het een monumentale, Nobelprijs winnende openbaring: vier nucleotiden, elk met een letter-gelabelde basis, waren gerangschikt in een dubbele helixstructuur. Deze vier basen, of 'letters', vormen paren: adenine, A, overeenkomsten met thymine, T en cytosine, C, banden met guanine, G. Deze paren zijn in wezen de bouwstenen van het leven op aarde; de manier waarop de paren zijn gerangschikt, creëert de genetische instructies voor hoe eiwitten worden gemaakt, die op hun beurt helpen bij vrijwel elk kritisch proces dat ons in leven houdt.
Nu heeft een interdisciplinair team van onderzoekers het genetische alfabet uitgebreid door synthetisch DNA te maken dat acht letters in plaats van vier gebruikt, volgens een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Science . De nieuw geproduceerde structuur wordt " hachimoji- DNA" genoemd, uit de Japanse woorden voor "acht" en letter. "Het creëren van hachimoji-DNA was, zoals Carl Zimmer in de New York Times schrijft, " een chemische tour-de-force "voor de groep onder leiding van Steven Benner, een synthetisch bioloog bij de Stichting voor Toegepaste Moleculaire Evolutie De opmars biedt nieuwe mogelijkheden op vele gebieden, waaronder medisch onderzoek en gegevensopslag.
Synthetisch DNA wordt vanuit het niets in een laboratorium gemaakt. Het op maat geprogrammeerde DNA kan instructies geven die mogelijk niet in de natuur voorkomen. Op dit moment is synthetisch DNA - met behulp van de typische vier basen - ontwikkeld voor nieuwe doeleinden, zoals het creëren van nieuwe geuren voor parfum, maar er zijn ook potentiële medische toepassingen, zoals de productie van een enzym dat gluten kan afbreken en coeliakie kan behandelen.
"Hachimoji DNA" voegt twee nieuwe paren - P en Z, dan B en S - toe aan de mix. Eerder werk heeft verschillende versies van zes-base synthetische DNA-structuren gemaakt. Acht-base DNA breidt het mogelijke aantal drielettercombinaties of codons die DNA kan opslaan drastisch uit.
Megan Molteni van Wired legt uit:
“Een alfabet van vier letters geeft je 64 mogelijke codons, die 20 aminozuren opleveren, de bouwstenen van eiwitten. Zes letters brengt u tot 256 codons; acht maakt het 4.096. "
De meeste eerdere pogingen om baseparen toe te voegen waren onstabiel omdat ze waterafstotende moleculen aan hun bases gebruikten, meldt Matthew Warren voor de natuur . Nieuwe synthetische paren konden tussen natuurlijke paren worden geperst, maar konden niet in een rij worden geplaatst. Het hachimoji-DNA maakt echter gebruik van waterstofbruggen - net als natuurlijk voorkomend DNA - en voegt structurele integriteit toe.
In de natuur bevat DNA de instructies om eiwitten te bouwen. Een belangrijke stap in dat proces is het creëren van een spiegelbeeld-streng RNA. Anders blijft de informatie die is opgeslagen in DNA ongebruikt, zoals een recept dat nooit wordt gekookt. Je zult het effect van nieuw gecreëerde genen niet kunnen waarnemen, laat staan evolutie. Studie co-auteur Andrew Ellington, een evolutionair ingenieur aan de Universiteit van Texas, synthetiseerde een enzym dat het hachimoji-DNA (inclusief de nieuwe letters) kon lezen en een overeenkomstige RNA-streng kon maken. Het RNA werkte zoals ontworpen, meldt Megan Molteni van Wired : sommige creëerden een groene fluorescerende gloed, terwijl anderen gebonden waren aan levertumoren of borstkankercellen in een petrischaal.
Dankzij de verbeterde opslagcapaciteit van Hachimoji DNA konden we het acht-letter-DNA gebruiken om informatie op te slaan, zoals een superduurzame, microscopische computerchip. Zoals Ed Yong in National Geographic uitlegt, kunnen onderzoekers een sleutel maken die informatie uit de taal van computers vertaalt - binaire enen en nullen - in de letters van het DNA-alfabet. DNA gaat veel langer mee en neemt veel minder ruimte in beslag dan harde schijven, en onderzoekers hebben met succes een volledig computerbesturingssysteem en een hele film opgeslagen in normaal vierletterig DNA.
De ontdekking helpt ook om een biologisch dilemma te beantwoorden: zou het leven kunnen bestaan met behulp van andere bouwstenen dan de vier nucleotidebasen die op deze planeet worden gebruikt? Synthetisch bioloog Floyd Romesberg vertelde de natuur dat het nieuwe onderzoek "een conceptuele doorbraak" is.
"Lange tijd hadden we hints dat het leven is geëvolueerd van G, A, T, C, niet omdat ze precies de juiste grondstoffen waren, maar omdat ze gewoon beschikbaar waren, " zei Romesberg in een interview met Wired, en deze studie is de eerste om dat vermoeden te bevestigen.
NASA, een van de organisaties die de studie financierden, kondigde in een persbericht aan dat het hachimoji-DNA-onderzoek zijn zoektocht naar leven op andere planeten zal informeren, omdat de ontdekking suggereert dat buitenaards leven mogelijk niet dezelfde bouwstenen gebruikt als het leven op aarde.
Maar hebben de wetenschappers een heel nieuw soort leven op aarde gecreëerd? Nee, volgens Discover . Hoewel hachimoji-DNA voldoet aan alle structurele vereisten voor het leven, kan het zichzelf niet handhaven buiten de zorgvuldig gekalibreerde laboratoriumomgeving.
