Traditioneel DNA bestaat uit vier basenparen, A, C, G en T. Maar het nieuw gecreëerde genetische systeem zit vol met acht - twee keer zoveel als normaal gesproken worden aangetroffen in zelfreplicerende moleculen. Het nieuwe systeem heette "hachimoji", en wat het meest interessant is - het lijkt misschien op de bouwstenen van buitenaards leven, dat zijn buitenaardse wezens. Een nieuwe studie die onlangs in Science is gepubliceerd, beschrijft hachimoji, wat in het Japans "acht letters" betekent.
Naast de vier basisparen heeft dit genetische systeem vier bouwstenen, die de informatiedichtheid aanzienlijk verhogen in vergelijking met conventioneel DNA. De wetenschappers die het werk hebben ingediend, zeggen dat het nieuwe systeem robuust genoeg kan zijn om leven te ondersteunen - dat wil zeggen, de processen ondersteunen die nodig zijn voor darwinistische zelfreplicatie.
Buitenaards DNA van acht letters
Laten we meteen duidelijk maken dat hachimoji geen autonoom, zichzelf in stand houdend organisme is. Het is eerder een model van een alternatieve genetische structuur die nodig is om een zelfreplicerend leven in stand te houden. Op aarde vervullen alleen RNA en DNA deze functie, maar dit betekent niet dat er geen andere opties in de ruimte kunnen bestaan. Astrobiologen zijn in feite erg geïnteresseerd in deze studie, omdat het een ander mogelijk mechanisme laat zien waaruit het leven kan ontstaan, evolueren en complex worden.
De auteurs van de studie beweren niet dat hachimoji in het hele universum voorkomt, maar ze geloven dat het mogelijk is om parallelle processen te nemen en 'voor te stellen', zegt Andrew Ellington, co-auteur van het nieuwe onderzoek en synthetisch bioloog aan de Universiteit van Texas, Austin. "Door de rollen van vorm, grootte en structuur in hachimoji-DNA zorgvuldig te analyseren, vergroten we in dit werk ons begrip van de soorten moleculen die informatie over buitenaards leven in buitenaardse werelden kunnen opslaan."
In normaal RNA en DNA maakt de combinatie van vier basenparen de opslag en overdracht van genetische informatie mogelijk. Deze vier bouwstenen van DNA, of nucleotiden, zijn samengesteld uit adenine, cytosine, guanine en thymine, of gewoon A, C, G en T. In RNA wordt T vervangen door uracil (U). Basisbasen coderen voor aminozuren, de fundamentele bouwstenen van eiwitten.
Eerder onderzoek heeft synthetisch DNA gemaakt met in totaal vier alternatieve letters en een systeem met twee extra basenparen (zes in totaal), maar in de laatste studie hebben wetenschappers dit aantal verhoogd tot acht.
Promotie video:
De vier nieuwe letters, P, B, Z en S, lijken qua structuur en functionaliteit ruwweg op het reguliere DNA, blijkt uit nieuw onderzoek; P en B zijn purine-achtig in functie, terwijl Z en S pyrimidine-achtig zijn. In tests heeft het genetische systeem het vermogen aangetoond om informatie op te slaan en door te geven, wat in wezen het moleculaire gedrag van gewoon vierletterig DNA nabootst. Belangrijk is dat hachimoji ook voldoet aan de eisen van Schrödinger, die het darwinistische systeem van moleculaire evolutie definiëren (dezelfde Schrödinger wiens kat noch levend noch dood is). Schrödinger beschreef vier vereisten voor evolutie: informatieopslag, overdracht, structurele integriteit en een waarneembare fysieke vorm of structuur.
“Hachimoji-DNA kan alles doen wat DNA doet om het leven in stand te houden. Het paren voorspelbaar, en de regels dicteren de stabiliteit ervan. Hachimoji-DNA kan worden gekopieerd om Hachimoji-RNA te maken, kan eiwitten direct synthetiseren. Hachimoji-RNA kan een selectief fenotype (fysieke structuur) hebben, en in dit experiment, en een groene fluorescerende gloed."
Laurie Haze, waarnemend directeur van NASA's Planetary Science Division, prees de studie: "De ontdekking van het leven wordt een steeds belangrijker doel van NASA's planetaire wetenschappelijke missies, en dit nieuwe werk zal helpen bij het ontwikkelen van effectieve tools en experimenten die onze zoektocht zullen uitbreiden."
“Dit onderzoek is belangrijk omdat DNA altijd als uniek werd beschouwd. DNA is bijvoorbeeld het enige materiaal waarmee we sequenties kunnen ontwerpen met voorspelbare stabiliteit”, zegt Floyd Romesberg, een geneticus bij het Scripps Institute en auteur van een onderzoek met zes synthetische paren. “En zoals Steve Benner heeft aangetoond, vervullen zijn nieuwe vier letters ook alle aspecten van deze voorspelbare stabiliteit. Hoewel er aanwijzingen zijn dat andere dingen dan de vier natuurlijke letters van DNA deze eigenschap kunnen hebben, demonstreert dit werk dit echt voor het eerst."
Romesberg zegt ook dat een belangrijke toepassing van het achtletterige alfabet de beheersing van moleculaire associaties is, dat wil zeggen het vermogen om de configuratie van nucleotiden te programmeren. Het achtletterige alfabet, zei hij, is inherent specifieker dan het vierletterige alfabet.
"Het zal echter nutteloos zijn als de stabiliteit van het achtletterige alfabet niet voorspelbaar of programmeerbaar is", zegt Romesberg. "Door dit aan te tonen ontdekte Steve nieuwe toepassingen die waarschijnlijk binnenkort in zijn laboratorium zullen verschijnen."
De resultaten van het werk kunnen niet alleen leiden tot astrobiologische gevolgen, maar ook een stempel drukken in de echte wereld - bijvoorbeeld diagnostische apparatuur verbeteren, omgevingsmonitoring (zoals de detectie van gevaarlijke virussen), leiden tot de opkomst van alternatieve informatieopslag, eiwitten met toegevoegde aminozuren en nieuwe innovatieve medicijnen …
Ilya Khel
