قبل مليارات السنين ، رقصت أربعة جزيئات في البنية الحلزونية المزدوجة الأنيقة للحمض النووي ، والتي توفر رموز الحياة على كوكبنا. ولكن هل كان هؤلاء اللاعبون الأساسيون أساسيين حقًا في مظهر الحياة - أم هل كان يمكن للاعبين الآخرين أيضًا أن يولدوا رمزنا الجيني؟
هناك دراسة جديدة ، نُشرت اليوم (20 فبراير) في مجلة Science ، تدعم الاقتراح الأخير: لقد صاغ العلماء مؤخرًا نوعًا جديدًا من الحمض النووي في هيكله الحلزوني المزدوج الأنيق ووجدوا أن له خصائص يمكن أن تدعم الحياة.
ولكن إذا كان الحمض النووي الطبيعي قصة قصيرة ، فإن هذا الحمض النووي الاصطناعي هو رواية تولستوي.
قام الباحثون بصياغة الحمض النووي الاصطناعي باستخدام أربعة جزيئات إضافية ، بحيث يكون للمنتج الناتج رمزًا مكونًا من ثمانية أحرف بدلاً من أربعة. مع زيادة الحروف ، كان لهذا الحمض النووي قدرة أكبر بكثير على تخزين المعلومات. أطلق العلماء على الحمض النووي الجديد "hachimoji" - الذي يعني "ثمانية أحرف" باللغة اليابانية - التوسع في العمل السابق من مجموعات مختلفة التي خلقت الحمض النووي مماثلة باستخدام ستة أحرف.
كتابة الكود
يتكون الحمض النووي الطبيعي من أربعة جزيئات ، تسمى القواعد النيتروجينية ، تتحد مع بعضها البعض لتشكيل رمز الحياة على الأرض: A يرتبط مع T ؛ يربط G مع C. يتضمن الحمض النووي Hachimoji هذه القواعد الطبيعية الأربع ، بالإضافة إلى أربع قواعد أخرى من النوكليوتيد صناعيًا: P و B و Z و S.
أنشأت مجموعة البحث ، التي تضمنت عدة فرق مختلفة في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، المئات من هذه الحلزونات المزدوجة Hachimoji مع مجموعات مختلفة من أزواج القواعد الطبيعية والاصطناعية. ثم ، أجروا سلسلة من التجارب لمعرفة ما إذا كانت الحلزون المزدوجة المختلفة لها خصائص ضرورية لدعم الحياة.
يحتوي الحمض النووي الطبيعي على خاصية مميزة لا يبدو أن لها جزيءًا وراثيًا آخر: إنها مستقرة ويمكن التنبؤ بها. وهذا يعني أنه يمكن للباحثين حساب الطريقة التي ستتصرف بها في درجات حرارة وبيئات معينة ، بما في ذلك متى ستتدهور.
ولكن اتضح أن الباحثين كانوا قادرين أيضًا على القيام بذلك باستخدام Hachimoji DNA - يمكنهم التوصل إلى مجموعة من القواعد التي يمكن أن تتوقع استقرار الحمض النووي عندما تتعرض لدرجات حرارة مختلفة.
متطلبات الحياة
قال Floyd Romesberg ، أستاذ الكيمياء في Scripps Research في كاليفورنيا ، والذي لم يكن جزءًا من الدراسة ولكن الذي كان جزءًا من الدراسة ولكن من بحث تم نشره سابقًا على رمز سابق مكون من ستة أحرف. وقال روميزبيرج لـ Live Science إن هذه "الورقة التاريخية" تشير بالفعل إلى أن G و C و A و T "ليست فريدة".
المؤلف الكبير ستيفن بنر ،وافق زميل متميز في مؤسسة التطور الجزيئي التطبيقي في فلوريدا. إذا كان في مكان آخر في الكون ، الحياة مشفرة أيضًا في الحمض النووي ، فلن تكون "تمامًا مثل ما لدينا هنا على الأرض" ، أخبر بنر لـ Live Science. "من المفيد جدًا وجود هذه الأنواع من التجارب في المختبر لفهم الهياكل البديلة."
وأشار بنر إلى أن إنشاء الحمض النووي الذي يخزن المعلومات ليس كافياً. كما يجب أن تكون لديه القدرة على نقل تلك المعلومات إلى جزيء RNA الشقيق ، بحيث يتمكن RNA بعد ذلك من توجيه البروتينات للقيام بجميع الأعمال في الكائن الحي.
مع وضع ذلك في الاعتبار ، طور الباحثون إنزيمات اصطناعية - البروتينات التي تسهل التفاعل - التي نجحت في نسخ DNA Hachimoji إلى RNA Hachimoji. علاوة على ذلك ، وجدوا أن جزيء الحمض النووي الريبي قادر على الانثناء إلى نوع من الشكل L سيكون ضروريًا لمزيد من نقل المعلومات.
بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون خيوط DNA قادرة على الالتواء في نفس الهيكل ثلاثي الأبعاد - اللولب المزدوج الشهير.
ابتكر الفريق ثلاثة هياكل بلورية من الحمض النووي Hachimoji ، كل منها بتسلسل مختلف من أزواج القواعد الثمانية ، ووجد أن كل منها شكل اللولب المزدوج الكلاسيكي.
وقال بينر إنه من أجل دعم Hachimoji DNA لدعم الحياة ، هناك متطلب خامس. أي أنه يجب أن يكون مكتفيًا ذاتيًا أو لديه القدرة على البقاء بمفرده. ومع ذلك ، توقف الباحثون عن التحقيق في هذه الخطوة ، من أجل منع الجزيء من أن يصبح خطرًا بيولوجيًا يمكنه أن يشق يومًا ما طريقه إلى جينومات الكائنات الحية على الأرض.
توسيع المفردات
بصرف النظر عن بدائل لمحة عن الحياة في الكون ، فإن هذا الشريط المكون من ثمانية أحرف يحتوي أيضًا على تطبيقات هنا على كوكبنا. وقال بنر إن الأبجدية الجينية المكونة من ثمانية أحرف ستخزن مزيدًا من المعلومات وترتبط ببعض الأهداف بشكل أكثر تحديدًا. على سبيل المثال ، يمكن استخدام Hachimoji DNA للربط مع خلايا سرطان الكبد أو سموم الجمرة الخبيثة ، أو يمكن استخدامه لتسريع التفاعلات الكيميائية.
"من خلال زيادة عدد الحروف من ستة إلى ثمانية ، يزداد تنوع تسلسل الحمض النووي بشكل كبير" Ichiro Hirao ، عالم الأحياء الجزيئية الاصطناعية في معهد الهندسة الحيوية وتكنولوجيا النانو ، A * STAR في سنغافورة والذي لم يكن أيضًا جزءًا من الدراسة ، قال في بريد إلكتروني. (شارك فريق هيراو أيضًا في البحث السابق الذي أنشأ خيوط DNA المكونة من ستة أحرف)
وقال هيراو في رسالة بالبريد الإلكتروني ، بالطبع "هذا مجرد عرض أولي" للحلزون المزدوج المكون من ثمانية أحرف للحمض النووي ، وللاستخدام العملي ، نحن بحاجة إلى تحسين دقة وكفاءة النسخ والنسخ في الحمض النووي الريبي. يتخيل أنه في النهاية قد يتمكنون من بناء المزيد من الحروف.
