Một vài tỷ năm trước, bốn phân tử nhảy vào cấu trúc chuỗi xoắn kép thanh lịch của DNA, cung cấp các mã cho sự sống trên hành tinh của chúng ta. Nhưng bốn người chơi này có thực sự cơ bản cho sự xuất hiện của cuộc sống - hay những người khác cũng có thể làm phát sinh mã di truyền của chúng ta?
Một nghiên cứu mới, được công bố hôm nay (20/2) trên tạp chí Science, ủng hộ đề xuất sau: Các nhà khoa học gần đây đã đúc một loại DNA mới vào cấu trúc xoắn kép thanh lịch của nó và thấy nó có tính chất có thể hỗ trợ sự sống.
Nhưng nếu DNA tự nhiên là một câu chuyện ngắn, DNA tổng hợp này là một cuốn tiểu thuyết Tolstoy.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra DNA tổng hợp bằng cách sử dụng bốn phân tử bổ sung, để sản phẩm thu được có mã được tạo thành từ tám chữ cái thay vì bốn chữ cái. Với sự gia tăng của các chữ cái, DNA này có, khả năng lưu trữ thông tin lớn hơn nhiều. Các nhà khoa học gọi DNA mới là "hachimoji" - có nghĩa là "tám chữ cái" trong tiếng Nhật - mở rộng trên công trình trước đó từ các nhóm khác nhau đã tạo ra DNA tương tự bằng sáu chữ cái.
Viết mã
DNA tự nhiên bao gồm bốn phân tử, được gọi là các bazơ nitơ, kết hợp với nhau để tạo thành mã cho sự sống trên Trái đất: A liên kết với T; G liên kết với C. DNA Hachimoji bao gồm bốn bazơ tự nhiên này, cộng với bốn bazơ nucleotide tổng hợp khác: P, B, Z và S.
Nhóm nghiên cứu, bao gồm một số nhóm khác nhau trên khắp Hoa Kỳ, đã tạo ra hàng trăm chuỗi xoắn kép Hachimoji này với sự kết hợp khác nhau của các cặp cơ sở nucleotide tự nhiên và tổng hợp. Sau đó, họ đã tiến hành một loạt các thí nghiệm để xem liệu các chuỗi xoắn kép khác nhau có các tính chất cần thiết để hỗ trợ sự sống hay không.
DNA tự nhiên có một đặc tính đặc trưng mà dường như không có phân tử di truyền nào khác: Nó ổn định và có thể dự đoán được. Điều đó có nghĩa là các nhà nghiên cứu có thể tính toán chính xác cách nó sẽ hành xử trong nhiệt độ và môi trường nhất định, bao gồm cả khi nó sẽ xuống cấp.
Nhưng hóa ra, các nhà nghiên cứu cũng có thể làm điều này với DNA Hachimoji - họ có thể đưa ra một bộ quy tắc có thể dự đoán sự ổn định của DNA khi nó tiếp xúc với nhiệt độ khác nhau.
Yêu cầu cho cuộc sống
Phát hiện rằng có thể thêm bốn cơ sở tổng hợp và vẫn nhận được "mã có thể dự đoán và lập trình được, đó là điều chưa từng có", Floyd Romesberg, giáo sư hóa học tại Scripps Research ở California, người không phải là một phần của nghiên cứu, cho biết. nghiên cứu được công bố trước đây về một mã sáu chữ cái trước đó. "Bài báo mang tính bước ngoặt" này thực sự gợi ý rằng G, C, A và T "không phải là duy nhất", Romesberg nói với Live Science.
Tác giả cao cấp Steven Benner,một thành viên xuất sắc tại Quỹ Tiến hóa phân tử ứng dụng ở Florida, đã đồng ý. Nếu một nơi nào khác trong vũ trụ, sự sống cũng được mã hóa trong DNA, thì nó sẽ không "chính xác như những gì chúng ta có ở đây trên Trái đất", Benner nói với Live Science. "Thật hữu ích khi có những loại thí nghiệm này trong phòng thí nghiệm để hiểu cấu trúc thay thế nào."
Nhưng việc tạo DNA lưu trữ thông tin là không đủ, Benner lưu ý. Nó cũng phải có khả năng chuyển thông tin đó đến RNA phân tử chị em của nó, để RNA sau đó có thể hướng dẫn các protein thực hiện tất cả các hoạt động kinh doanh trong một sinh vật.
Với ý nghĩ đó, các nhà nghiên cứu đã phát triển các enzyme tổng hợp - protein tạo điều kiện cho phản ứng - đã sao chép thành công DNA của Hachimoji vào RNA của Hachimoji. Hơn nữa, họ phát hiện ra rằng phân tử RNA có thể gấp lại thành một dạng hình chữ L cần thiết cho nó để truyền thông tin.
Ngoài ra, các chuỗi DNA phải có khả năng xoắn vào cùng một cấu trúc ba chiều - chuỗi xoắn kép nổi tiếng.
Nhóm nghiên cứu đã tạo ra ba cấu trúc tinh thể của DNA Hachimoji, mỗi cấu trúc có trình tự khác nhau của tám cặp cơ sở và nhận thấy rằng thực sự, mỗi cặp tạo thành chuỗi xoắn kép cổ điển.
Tuy nhiên, để DNA của Hachimoji hỗ trợ sự sống, có một yêu cầu thứ năm, Benner nói. Đó là, nó cần phải tự duy trì hoặc có khả năng tự tồn tại. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã dừng việc nghiên cứu bước này, để ngăn chặn phân tử này trở thành một nguy cơ sinh học, một ngày nào đó có thể đi vào bộ gen của các sinh vật trên Trái đất.
Mở rộng vốn từ vựng
Bên cạnh những lựa chọn thay thế thoáng qua cho sự sống trong vũ trụ, chuỗi DNA tám chữ cái này cũng có các ứng dụng ở đây trên hành tinh của chúng ta. Một bảng chữ cái di truyền gồm tám chữ cái sẽ lưu trữ nhiều thông tin hơn và liên kết với các mục tiêu nhất định cụ thể hơn, Benner nói. Ví dụ, DNA của Hachimoji có thể được sử dụng để liên kết với các tế bào ung thư gan hoặc độc tố bệnh than hoặc được sử dụng để tăng tốc độ phản ứng hóa học.
"Bằng cách tăng số lượng chữ cái từ sáu lên tám, sự đa dạng của các chuỗi DNA được tăng lên rất nhiều", Ichiro Hirao, nhà sinh học phân tử tổng hợp tại Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ nano, A * STAR ở Singapore, người cũng không tham gia nghiên cứu. , cho biết trong một email. (Tuy nhiên, nhóm của Hirao cũng tham gia vào nghiên cứu trước đó đã tạo ra các chuỗi DNA sáu chữ cái)
Tất nhiên, "đây chỉ là một minh chứng đầu tiên" của chuỗi xoắn kép DNA gồm tám chữ cái và để sử dụng thực tế, chúng tôi cần cải thiện tính chính xác và hiệu quả của sao chép và sao chép thành RNA, Hirao nói trong email. Anh ta tưởng tượng rằng cuối cùng họ có thể có thể xây dựng nhiều chữ hơn nữa.
