לפני כמה מיליארד שנה רקדו ארבע מולקולות במבנה האליל הכפול האלגנטי של ה- DNA, המספק את הקודים לחיים בכוכב הלכת שלנו. אבל האם ארבעת השחקנים האלה באמת היו בסיסיים למראה החיים - או שמא אחרים היו יכולים גם להצמיח את הקוד הגנטי שלנו?
מחקר חדש, שפורסם היום (20 בפברואר) בכתב העת Science, תומך בהצעה האחרונה: המדענים עיצבו לאחרונה סוג חדש של DNA למבנה הסליל הכפול האלגנטי שלו וגילו שיש לו תכונות שיכולות לתמוך בחיים.
אבל אם ה- DNA הטבעי הוא סיפור קצר, ה- DNA הסינטטי הזה הוא רומן של טולסטוי.
החוקרים יצרו את ה- DNA הסינטטי באמצעות ארבע מולקולות נוספות, כך שלמוצר שהתקבל היה קוד המורכב משמונה אותיות ולא מארבע. עם עליית האותיות, היה ל- DNA הזה, יכולת גדולה הרבה יותר לאחסן מידע. מדענים כינו את ה- DNA החדש "hachimoji" - שפירושו "שמונה אותיות" ביפנית - והרחיבו על העבודה הקודמת מקבוצות שונות שיצרו DNA דומה באמצעות שש אותיות.
כתיבת הקוד
ה- DNA הטבעי מורכב מארבע מולקולות, הנקראות בסיסים חנקניים, שמתאחדים זה בזה ליצירת הקוד לחיים על כדור הארץ: A נקשר עם T; G נקשר עם C. DNA של Hachimoji כולל את ארבעת הבסיסים הטבעיים הללו, ועוד ארבעה בסיסים נוספים מתוצרת סינתטית: P, B, Z ו- S.
קבוצת המחקר, שכללה מספר צוותים שונים ברחבי ארה"ב, יצרה מאות מסילות סליל כפולות אלו של האצ'ימוג'י עם שילובים שונים של זוגות הבסיס הטבעי והסינתטי של נוקלאוטידים. לאחר מכן, ערכו סדרת ניסויים כדי לבדוק אם לסליל הכפול השונים היו תכונות הדרושות לתמיכה בחיים.
ל- DNA הטבעי יש תכונה מסימנית שלא נראה כי למולקולה גנטית אחרת יש: זה יציב וצפוי. זה אומר שחוקרים יכולים לחשב בדיוק איך זה יתנהג בטמפרטורות וסביבות מסוימות, כולל מתי זה ישפיל.
אך מסתבר שהחוקרים הצליחו לעשות זאת גם עם ה- DNA של האצ'ימוג'י - הם יכלו לבוא עם מערך כללים שיכול לחזות את יציבות ה- DNA כאשר הוא חשוף לטמפרטורות שונות.
דרישות לכל החיים
הממצא שאפשר להוסיף את ארבעת הבסיסים הסינתטיים ועדיין לקבל "קוד שניתן לחיזוי וניתן לתכנות ... זה פשוט חסר תקדים", אמר פלויד רומסברג, פרופסור לכימיה במחקר סקריפס בקליפורניה, שלא היה חלק מהמחקר אבל מי מחקר שפורסם בעבר על קוד קודם בן שש אותיות. "נייר ציון דרך" זה מרמז אכן ש- G, C, A ו- T "אינם ייחודיים", אמר רומסברג ל- Live Science.
הסופר הבכיר סטיבן בנר,חבר מכובד בקרן להתפתחות מולקולרית יישומית בפלורידה, הסכים. אם במקום אחר ביקום החיים מקודדים גם ב- DNA, הם לא יהיו "בדיוק כמו מה שיש לנו כאן על כדור הארץ", אמר בנר ל- Live Science. "מאוד שימושי במעבדה ניסויים מסוג זה כדי להבין אילו מבנים חלופיים."
אבל אין די ביצירת DNA המאחסן מידע, ציין בנר. עליו גם להיות בעל יכולת להעביר מידע זה למולקולה אחותה RNA, כך ש- RNA יוכל אז להורות לחלבונים לבצע את כל העסק באורגניזם.
עם זאת, החוקרים פיתחו אנזימים סינתטיים - חלבונים המאפשרים תגובה - שהעתיקו בהצלחה את ה- DNA של האצ'ימוג'י ל- Hachimoji RNA. יתר על כן, הם מצאו שמולקולת ה- RNA הצליחה להתקפל למעין צורת L שתידרש לה להעביר מידע נוסף.
בנוסף, על גדילי ה- DNA להיות מסוגלים להתפתל לאותו מבנה תלת מימדי - הסליל הכפול הידוע.
הצוות יצר שלושה מבנים קריסטליים של DNA של האצ'ימוג'י, שלכל אחד מהם רצפים שונים של שמונת זוגות הבסיס, ומצא שאכן, כל אחד מהם יצר את הסליל הכפול הקלאסי.
עדיין, על מנת ש- DNA של האצ'ימוג'י יתמוך בחיים, יש דרישה חמישית, אמר בנר. כלומר, הוא צריך להיות עצמאי או להיות בעל יכולת לשרוד בכוחות עצמו. עם זאת, החוקרים הפסיקו לחקור את הצעד הזה, על מנת למנוע את המולקולה להפוך לסכנה ביולוגית שיכולה יום אחד לפלס את דרכה בגנום של אורגניזמים בכדור הארץ.
אוצר מילים מתרחב
מלבד חלופות שמבטות לחיים בקוסמוס, לחוט DNA של שמונה אותיות יש גם יישומים כאן בכוכב הלכת שלנו. אלפבית גנטי בן שמונה אותיות יאחסן מידע רב יותר ויקשר ליעדים מסוימים ליתר דיוק, אמר בנר. לדוגמא, DNA של Hachimoji עשוי לשמש כדי להיקשר לתאי סרטן הכבד או לרעלני אנתרקס, או להשתמש בו כדי להאיץ תגובות כימיות.
"על ידי הגדלת מספר האותיות משש לשמונה, המגוון של רצפי ה- DNA גדל מאוד", איצ'ירו היראו, ביולוג מולקולרי סינתטי במכון להנדסה בינונית וננו-טכנולוגיה, A * STAR בסינגפור שגם הוא לא היה חלק מהמחקר. , נאמר בדוא"ל. (הצוות של Hirao היה מעורב, עם זאת, במחקר קודם שיצר גדילי DNA של שש אותיות)
כמובן ש"זו רק הדגמה ראשונה "של סליל DNA כפול בן שמונה אותיות, ולשימוש מעשי עלינו לשפר את הדיוק והיעילות של שכפול והתמלול ל- RNA, אמר Hirao במייל. הוא מדמיין שבסופו של דבר הם יוכלו להצטבר ליותר אותיות אפילו יותר.
