"Osmoslovna" DNK: hachimoji

Naučnici su proširili abecedu života za još 4 slova. Molekula dezoksiribonukleinske kiseline koja sadrži ova nova 4 slova i 4 već poznata slova, ima vrlo zanimljiv naziv – „hachimoji“ DNK i nastala je u laboratorijama konzorcijuma na čijem je čelu stajao Steven Benner iz Fondacije za primijenjenu molekularnu evoluciju (Foundation for Applied Molecular Evolution) iz Alachua u Floridi. Sam naziv hachimoji dolazi od japanskih riječi koje označavaju broj osam i u prevodu to bi značilo otprilike „jezik sa osam slova“.

Šta su to „slova“ DNK?

DNK koju mi poznajemo kao genetički kod živih organizama na Zemlji, sadrži svega 4 „slova“, što su zapravo početna slova nukleinskih baza adenina, gvanina (guanina), citozina i timina – A, G, C i T. Ove molekule se labavo spajaju i to tako da se mogu spajati samo adenin i timin te gvanin i citozin. Kako je molekula DNK dvostruka spirala, tako imamo slijedove ovih manjih molekula koji su njeni sastavni dijelovi-A, G, C i T sa obje strane tog spiralnog lance, a jedan lanac je tzv. „kodirajući“.

Sama „slova“ se kombiniraju u grupe po tri molekule, primjerica CAT, ACT ili CTT. Ove grupe po tri „slova“ zovemo tripleti, a one zapravo predstavljaju šifre za aminokiseline. Svaki triplet ima značenje jedne aminokiseline. Aminokiseline su, u konačnici, jedinjenja koja grade bjelančevine, a bjelančevine ne samo da grade nas i druga živa bića, nego, u obliku specifičnih molekula koje zovemo enzimi, regulišu biohemijske procese u živim organizmima.

Tripleti „slova“ u DNK određuju raspored i vrstu aminokiselina u lancu bjelančevina koje stanice proizvode, a od toga ovisi i vrsta te hemijske karakteristike i oblik molekula bjelančevina. Postoje 64 kombinacije tripleta koji kodiraju 20 aminokiselina – iako to nisu sve aminokiseline koje postoje, ovo su one koje grade bjelančevine. Također, tripleti kodiraju i stopiranje sinteze bjelančevina te tako zapravo kodiraju i svojevrsnu „tačku u rečenici“.

 

Abeceda od osam slova

U radu objavljenom 21. februara ove godine u naučnom časopisu Science (link: http://science.sciencemag.org/content/363/6429/884 ), pod nazivom „Hachimoji DNA and RNA: A genetic system with eight building blocks“ je opisano kako su naučnici iz konzorcijuma stvorili 4 „neprirodne“ nukelinske baze tj. „slova“ koja su u stanju da se komplementarno vežu baš kao i „normalna slova“ – A, C, T i G. Novi parovi baza-slova su S i B te P i Z. Ovo su zapravo varijante već postojećih baza: B je izogvanin, a S metilcitozin.

Međutim, ovo nije prvi put da naučnici kreiraju slova DNK koja se normalno ne javljaju u prirodi. Sam Steven Benner je to uspio još 1984. godine, a 2014. godine naslovi naučnih magazina su osvanuli jedan dan sa naslovima „Nova slova genetičke abecede“ jer su naučnici  sa Instituta Scripps, predvođeni Floydom E. Romesbergom, stvorili dva druga slova, označena kao X i Y. I ne samo to – te godine su nova, sintetička slova uspješno ubačena u bakteriju Escherichia coli.

Dakle, ako ovo nije prvi, a vjerovatno ni posljednji put da se stvaraju nukleinske baze (heterociklične baze) koje mogu biti dio neke sintetičke DNK, zašto naučnici stalno to pokušavaju i zašto je ovo fascinatno postignuće?

Testiranje funkcionalnosti osmoslovne DNK

Ljudi koji su proizveli „osmoslovnu“ hachimoji DNK su proveli niz eksperimenata kako bi utvrdili da li se ova molekula ponaša kao naša dobro poznata „četveroslovna“ DNK. I zaista – ova DNK ima sva svojstva „normalne“ DNK. Nova slova se vežu jedna za drugo na predviđeni način i ne prave izuzetke. Također, dvostruka spirala DNK („dvostruki heliks“, kako to naučnici vole reći), ostaje stabilna bez obzira kojim slijedom slova dolaze jedno za drugim. 

Za razliku od prethodnih pokušaja sinteze novih „slova“ u ovom slučaju, struktura molekule je stabilna. Naime, u primjeru X i Y baza, ove baze su odbijale vodu (bile su hidrofobne) i nisu se smjele postavljati jedna pored druge jer bi se struktura takve DNK raspala. U slučaju hachimoji, to se ne događa.

Osnovna tranzicija genetičkog koda, da bi se sintetizirale bjelančevine, odbija se u procesu prepisivanja (traskripcije) DNK na sličnu molekulu, na ribonukleinsku kiselinu (RNK), koja nosi poruku o rasporedu aminokiselina do staničnih struktura zvanih ribosomi, na kojima se odvija sinteza bjelančevina. Dakle, finalni test za hachimoji je bio taj da li može da se prepiše na RNK i da kodira raspored vezivanja aminokiselina u lanac bjelančevina. Bennerov tim je potvrdio da je njihova DNK prošla i ovaj test transkripcije na RNK, također specijalno napravljene sa novim „slovima“.

Dakle, ovdje se radi o zaista funkcionalnoj molekuli koja u gotovo u potpunosti imitira način na koji funkcioniše prirodna DNK, jedino što može kodirati više informacija. Još uvijek ne znamo da li se hachimoji može autoreplicirati kao prirodna DNK, pomoću enzima polimeraze, ali je sintetska molekula izdržala dobar dio testova.

 

„Vanzemaljska“ DNK

Kaa zamišljamo život i kada ga tražimo na mjestima van Zemlje, obično tražimo molekule poput nama dobro poznate „normalne“ DNK. Međutim, šta ako je na drugim mjestima život izgrađen od drugačijeg nasljednog materijala, možda sličniji ovoj hachimoji DNK? 

Ako zamišljamo vanzemaljce, obično ne zamislimo da govore nekim našim jezikom, pa zašto bi onda njihov genetički kod morao biti apsolutno isti kao naš? Ovo su duboka pitanja o prirodi života na drugim mjestima u svemiru te pitanja koja dotiču samu bit toga šta smo, zapravo, mi sami.

Naučnici u NASA su veoma pozitivno ocijenili stvaranje osmoslovne DNK, jer im to otkriće pomaže da prošire vidike i bolje shvate da ono što traže možda nije ono na što su navikli.

Zemaljske primjene hachimoji DNK

Naravno, ovo su sve vrlo spekulativne stvari, a hachimoji bi nam mogla biti važna zbog nekih drugih, mnogo realnijih i prizemnijih stvari. Primjerice, za spremanje informacija, kao neka vrsta molekularnog USB-a.

Već danas naučnici razmišljaju o DNK kao o ultimativnom nosaču informacija i proširivanje kapaciteta ove molekule za pohranjivanje podataka bi mogao biti korak bliže stvaranju „organskih“ memorijskih kartica. Naime, DNK je duže stabilna od postojećih oblika pohrane informacija i tek za oko 1.5 miliona godina informacija sa nje postaje nečitljiva.

Standardna DNK u svega 1 gram može pohraniti 215 petabajta informacija. To je 215 miliona GB podataka, a naučnici optimiziraju ovaj način čuvanja podataka. Kada kažemo „podaci“, ne mislimo samo na sekvencu aminokiselina, nego zaista na tekstove, tabele, slike i filmove.

Tim Steva Bennera će nastojati još više proširiti abecedu DNK i formirati još komplikovanije molekule sa 10 i 12 „slova“.

Tekst je prvi put objavljen na Glas Amerike.