ДНК Хатимодзи
ДНК хатимодзи (от японского 八文字 hachimoji , «восемь букв») представляет собой синтетический аналог нуклеиновой кислоты , в котором используются четыре синтетических нуклеотида в дополнение к четырем, присутствующим в природных нуклеиновых кислотах , ДНК и РНК. Это приводит к появлению четырех разрешенных пар оснований : двух неестественных пар оснований, образованных синтетическими нуклеиновыми основаниями в дополнение к двум нормальным парам оснований. Основания хачимодзи были продемонстрированы как в аналогах ДНК, так и в аналогах РНК с использованием дезоксирибозы и рибозы соответственно в качестве основного сахара. [1] [2] [3] [4] [5]
Преимущества такой системы нуклеиновых кислот могут включать расширенную способность хранить данные , а также понимание того, что может быть возможным в поисках внеземной жизни . [5] [6]
Система ДНК хатимодзи продуцировала один тип каталитической РНК ( рибозим или аптамер ) in vitro .
Описание
[ редактировать ]Природная ДНК — это молекула, несущая генетические инструкции, используемые для роста, развития, функционирования и размножения всех известных живых организмов и многих вирусов . ДНК и рибонуклеиновая кислота (РНК) являются нуклеиновыми кислотами ; наряду с белками , липидами и сложными углеводами ( полисахаридами ) нуклеиновые кислоты являются одним из четырех основных типов макромолекул , необходимых для всех известных форм жизни . ДНК представляет собой полинуклеотид , поскольку она состоит из более простых мономерных единиц, называемых нуклеотидами ; когда они двухцепочечные, две цепи скручиваются друг вокруг друга, образуя двойную спираль . [7] [8]
В природной ДНК каждый нуклеотид состоит из одного из четырех азотистых оснований ( цитозина [C], гуанина [G], аденина [А] или тимина [Т]), сахара, называемого дезоксирибозой , и фосфатной группы . Нуклеотиды соединяются друг с другом в цепь ковалентными связями между сахаром одного нуклеотида и фосфатом следующего, в результате чего образуется чередующийся сахарофосфатный остов . Азотистые основания двух отдельных цепей полинуклеотида связаны друг с другом водородными связями в соответствии с правилами спаривания оснований (А с Т и С с G), образуя двухцепочечную ДНК.
ДНК хачимодзи похожа на природную ДНК, но отличается количеством и типом нуклеиновых оснований. [1] [5] Неприродные азотистые основания, более гидрофобные , чем природные основания . [9] [10] используются в успешной ДНК хатимодзи. Такая ДНК всегда образовывала стандартную двойную спираль , независимо от того, какая последовательность оснований использовалась. Фермент ДНК хачимодзи в РНК хачимодзи, которая, в свою очередь ( полимераза Т7 ) был адаптирован исследователями для использования in vitro для транскрипции , вызывала химическую активность в виде светящегося зеленого флуорофора . [4] [5]
Новые пары оснований
[ редактировать ]ДНК и РНК естественным образом состоят из четырех нуклеотидных оснований, которые образуют водородные связи для образования пар. ДНК хатимодзи использует дополнительные четыре синтетических нуклеотида для образования четырех типов пар оснований, два из которых являются неестественными: P связывается с Z , а B связывается с S ( dS в ДНК , rS в РНК ). [1]
База Имя Структура П 2-Аминоимидазо[1,2a][1,3,5]триазин-4(1H ) -он 2-амино-8-(1'-bD-2'-дезоксирибофуранозил)имидазо-[1,2a]-1,3,5-триазин-[8H]-4-он [1]
С 6-амино-5-нитропиридин-2-он 6-амино-3-(1'-bD-2'-дезоксирибофуранозил)-5-нитро-1H-пиридин-2-он [1]
Б изогуанин 6-амино-9[(1'-bD-2'-дезоксирибофуранозил)-4-гидрокси-5-(гидроксиметил)оксолан-2-ил]-1H-пурин-2-он [1]
С РС Изоцитозин 
дС 1-Метилцитозин 3-метил-6-амино-5-(1'-bD-2'-дезоксирибофуранозил)пиримидин-2-он [1]
Натуральные основы находятся в верхнем ряду; ненатуральные, синтетические основы находятся в нижнем ряду.
Водородные связи показаны пунктирными зелеными линиями, атомы-акцепторы показаны красным.
Фон
[ редактировать ]Ранее исследовательская группа, ответственная за систему ДНК хатимодзи, возглавляемая из Гарвардского университета химиком Стивеном Беннером , изучила синтетическую аналоговую систему ДНК, получившую название «Искусственно расширенная генетическая информационная система» (AEGIS), которая использовала двенадцать различных нуклеотидов, включая четыре, обнаруженные в ДНК. . [11] [12] [13] [14] [15]
Биология
[ редактировать ]исследователь Скриппса Химик- Флойд Ромесберг , известный созданием первой пары неестественных оснований (UBP) и расширением генетического алфавита из четырех букв до шести в 2012 году, [16] заявил, что изобретение системы ДНК хатимодзи является примером того, что природные основания (G, C, A и T) «не уникальны». [17] [18] Создание новых форм жизни возможно, по крайней мере теоретически. [9] с новой системой ДНК. [18] Однако на данный момент система ДНК хатимодзи не является самоподдерживающейся; системе необходимы постоянные поставки уникальных строительных блоков и белков, которые можно найти только в лаборатории. В результате «ДНК Хатимодзи может никуда не пойти, если она выйдет за пределы лаборатории». [4]
Приложения
[ редактировать ]НАСА профинансировало это исследование, чтобы «расширить круг структур, с которыми мы можем столкнуться при поиске жизни в космосе». [1] По словам Лори Глейз из Отделения планетарных наук НАСА, «обнаружение жизни становится все более важной целью миссий НАСА по планетарным наукам, и эта новая работа [с ДНК хатимодзи] поможет нам разработать эффективные инструменты и эксперименты, которые расширят сферу исследования. что мы ищем». [3] [19] Руководитель исследовательской группы Стивен Беннер отмечает: «Благодаря тщательному анализу роли формы, размера и структуры ДНК хатимодзи эта работа расширяет наше понимание типов молекул , которые могут хранить информацию во внеземной жизни на инопланетных мирах». [20]
По мнению исследователей, [1] ДНК хачимодзи также может быть использована «для разработки чистой диагностики заболеваний человека , для хранения цифровых данных ДНК , штрих-кодирования ДНК , самосборки наноструктур и для создания белков с необычными аминокислотами . Части этой ДНК хачимодзи уже коммерчески производятся Firebird. ООО «Биомолекулярные науки». [1] [4]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Хошика С., Леал Н.А., Ким М.Дж., Ким М.С., Каралкар Н.Б., Ким Х.Дж., Бейтс А.М., Уоткинс Н.Е., СантаЛюсия Х.А., Мейер А.Дж., ДасГупта С., Эллингтон А.Д., СантаЛюсия Дж., Георгиадис М.М., Беннер С.А. (февраль 2019 г.). «ДНК и РНК Хатимодзи: генетическая система из восьми строительных блоков» . Наука . 363 (6429): 884–887. Бибкод : 2019Sci...363..884H . doi : 10.1126/science.aat0971 . ПМК 6413494 . ПМИД 30792304 .
- ^ Американская ассоциация содействия развитию науки (21 февраля 2019 г.). «Хатимоджи – Расширение генетического алфавита с четырёх до восьми» . ЭврекАлерт! . Проверено 22 февраля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Браун Д., Ландау Э. (21 февраля 2019 г.). «Исследования создают ДНК-подобную молекулу, которая поможет в поиске инопланетной жизни» . Физика.орг . Проверено 22 февраля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Дюме Б (22 февраля 2019 г.). «ДНК Хатимодзи удваивает генетический код» . Мир физики . Проверено 22 февраля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Циммер С (21 февраля 2019 г.). «ДНК получает новый — и более крупный — генетический алфавит. ДНК записывается четырьмя буквами или основаниями. Исследователи теперь построили систему из восьми. Она может содержать подсказки о потенциале жизни в других частях Вселенной, а также может расширить нашу способность хранить цифровые данные на Земле» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 февраля 2019 г.
- ^ Дворский Г. (22 февраля 2019 г.). «Причудливая восьмибуквенная ДНК может быть материалом, из которого сделаны инопланетяне» . Гизмодо . Проверено 23 февраля 2019 г.
- ^ Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2014). «Глава 4: ДНК, хромосомы и геномы» . Молекулярная биология клетки (6-е изд.). Гирлянда. ISBN 978-0-8153-4432-2 . Архивировано из оригинала 14 июля 2014 года . Проверено 21 февраля 2019 г.
- ^ Перселл А. «ДНК» . Базовая биология . Архивировано из оригинала 5 января 2017 года . Проверено 21 февраля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Уоррен М. (февраль 2019 г.). «Четыре новые буквы ДНК удваивают алфавит жизни» . Природа . 566 (7745): 436. Бибкод : 2019Natur.566..436W . дои : 10.1038/d41586-019-00650-8 . ПМИД 30809059 .
- ^ Тулин Л. (25 февраля 2019 г.). «Ученые успешно удвоили алфавит ДНК — «ДНК Хатимодзи» структурно надежна, предлагает новые возможности для хранения данных и поднимает вопросы о молекулярном составе потенциальной инопланетной жизни» . Смитсоновский журнал . Проверено 25 февраля 2019 г.
- ^ Ян З., Хаттер Д., Шэн П., Сисмур А.М., Беннер С.А. (29 октября 2006 г.). «Искусственно расширенная генетическая информационная система: новая пара оснований с альтернативным паттерном водородных связей» . Исследования нуклеиновых кислот . 34 (21): 6095–101. дои : 10.1093/нар/gkl633 . ПМЦ 1635279 . ПМИД 17074747 .
- ^ Беннер С.А., Хаттер Д., Сисмур А.М. (1 сентября 2003 г.). «Синтетическая биология с искусственно расширенными генетическими информационными системами. От персонализированной медицины к внеземной жизни». Исследования нуклеиновых кислот. Добавка . 3 (3): 125–6. дои : 10.1093/насс/3.1.125 . ПМИД 14510412 .
- ^ Беннер С.А. (декабрь 2010 г.). «Определение жизни» . Астробиология . 10 (10): 1021–30. Бибкод : 2010AsBio..10.1021B . дои : 10.1089/ast.2010.0524 . ПМЦ 3005285 . ПМИД 21162682 .
- ^ Клотц I (27 февраля 2009 г.). «Синтетическая форма жизни растет в лаборатории Флориды» . Наука . Архивировано из оригинала 13 января 2016 года . Проверено 27 февраля 2019 г.
- ^ Ллойд Р. (14 февраля 2009 г.). «Новая искусственная ДНК указывает на инопланетную жизнь» . ЖиваяНаука . Проверено 27 февраля 2019 г.
- ^ Малышев Д.А., Дхами К., Куах Х.Т., Лавернь Т., Ордуханян П., Торкамани А., Ромесберг Ф.Е. (июль 2012 г.). «Эффективная и независимая от последовательности репликация ДНК, содержащей третью пару оснований, создает функциональный шестибуквенный генетический алфавит» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (30): 12005–10. Бибкод : 2012PNAS..10912005M . дои : 10.1073/pnas.1205176109 . ПМК 3409741 . ПМИД 22773812 .
- ^ Саплакоглу Ю. (21 февраля 2019 г.). «Ученые создали синтетическую ДНК с четырьмя лишними буквами» . Живая наука . Проверено 22 февраля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Молтени М (21 февраля 2019 г.). «Удвоение строительных блоков нашей ДНК может привести к появлению новых форм жизни» . Проводной . Проверено 22 февраля 2019 г.
- ^ Стикленд А (21 февраля 2019 г.). «Синтетическая ДНК может помочь в поисках инопланетной жизни» . Новости CNN . Проверено 22 февраля 2019 г.
- ^ Карпинети А (22 февраля 2019 г.). «Новая искусственная ДНК удвоила алфавит жизни» . IFLScience.com . Проверено 22 февраля 2019 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Бэйнс В. (2004). «Многие химические вещества можно использовать для создания живых систем» (PDF) . Астробиология . 4 (2): 137–67. Бибкод : 2004AsBio...4..137B . дои : 10.1089/153110704323175124 . ПМИД 15253836 . S2CID 27477952 . Документ с гипотезой.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Часто задаваемые вопросы по астрономии. Почему мы предполагаем, что другие существа должны быть основаны на углероде? Почему организмы не могли возникнуть на основе других веществ?
- Видеоклип, закодированный в ДНК с помощью CRISPR: видео (01:39) на YouTube
Виды нуклеиновых кислот |
|---|
