Traditionelle DNA besteht aus vier Basenpaaren, A, C, G und T. Das neu geschaffene genetische System ist jedoch mit acht gepackt - doppelt so viele wie normalerweise in selbstreplizierenden Molekülen. Das neue System hieß "hachimoji", und was am interessantesten ist - es könnte wie die Bausteine des außerirdischen Lebens aussehen, dh wie Außerirdische. Eine neue Studie, die kürzlich in Science veröffentlicht wurde, beschreibt Hachimoji, was auf Japanisch "acht Buchstaben" bedeutet.
Zusätzlich zu den vier Grundpaaren weist dieses genetische System vier Bausteine auf, die die Informationsdichte im Vergleich zu herkömmlicher DNA signifikant erhöhen. Die Wissenschaftler, die die Arbeit einreichen, sagen, dass das neue System robust genug sein könnte, um das Leben zu unterstützen - das heißt, die Prozesse zu unterstützen, die für die darwinistische Selbstreplikation notwendig sind.
Alien-DNA aus acht Buchstaben
Lassen Sie uns gleich klarstellen, dass Hachimoji kein autonomer, sich selbst tragender Organismus ist. Es ist vielmehr ein Modell einer alternativen genetischen Struktur, die erforderlich ist, um das sich selbst replizierende Leben aufrechtzuerhalten. Auf der Erde erfüllen nur RNA und DNA diese Funktion, dies bedeutet jedoch nicht, dass andere Optionen im Weltraum nicht existieren können. Tatsächlich sind Astrobiologen sehr an dieser Studie interessiert, da sie einen weiteren möglichen Mechanismus aufzeigt, aus dem Leben entstehen, sich entwickeln und komplex werden kann.
Die Autoren der Studie behaupten nicht, dass Hachimoji im gesamten Universum existiert, aber sie glauben, dass es möglich ist, parallele Prozesse zu nehmen und sich "vorzustellen", sagt Andrew Ellington, Co-Autor des neuen Forschungs- und Synthesebiologen an der University of Texas, Austin. "Durch sorgfältige Analyse der Rolle von Form, Größe und Struktur in der Hachimoji-DNA erweitern wir in dieser Arbeit unser Verständnis der Arten von Molekülen, die Informationen über außerirdisches Leben in fremden Welten speichern könnten."
In normaler RNA und DNA ermöglicht die Kombination von vier Basenpaaren die Speicherung und Übertragung genetischer Informationen. Diese vier DNA-Bausteine oder Nukleotide bestehen aus Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin oder einfach A, C, G und T. In der RNA wird T durch Uracil (U) ersetzt. Basische Basen codieren Aminosäuren, die Grundbausteine von Proteinen.
Frühere Forschungen haben synthetische DNA mit insgesamt vier alternativen Buchstaben und einem System mit zwei zusätzlichen Basenpaaren (insgesamt sechs) erstellt. In der neuesten Studie haben Wissenschaftler diese Zahl jedoch auf acht erhöht.
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Die vier neuen Buchstaben P, B, Z und S ähneln nach neuen Untersuchungen in Struktur und Funktionalität in etwa der regulären DNA. P und B haben eine purinartige Funktion, während Z und S eine pyrimidinartige Funktion haben. In Tests hat das genetische System die Fähigkeit gezeigt, Informationen zu speichern und zu übertragen, was im Wesentlichen das molekulare Verhalten regulärer Vier-Buchstaben-DNA nachahmt. Wichtig ist, dass Hachimoji auch Schrödingers Anforderungen erfüllt, die das darwinistische System der molekularen Evolution definieren (derselbe Schrödinger, dessen Katze weder lebt noch tot ist). Schrödinger beschrieb vier Anforderungen an die Evolution: Informationsspeicherung, Übertragung, strukturelle Integrität und eine erkennbare physikalische Form oder Struktur.
„Hachimoji-DNA kann alles, was DNA tut, um das Leben zu erhalten. Es paart sich vorhersehbar und die Regeln bestimmen seine Stabilität. Hachimoji-DNA kann kopiert werden, um Hachimoji-RNA zu erzeugen, kann Proteine direkt synthetisieren. Hachimoji-RNA kann einen selektiven Phänotyp (physikalische Struktur) und in diesem Experiment ein grün fluoreszierendes Leuchten aufweisen."
Laurie Haze, amtierende Direktorin der NASA-Abteilung für Planetary Science, lobte die Studie: "Die Entdeckung des Lebens ist ein zunehmend wichtiges Ziel der NASA-Missionen für Planetary Science. Diese neue Arbeit wird dazu beitragen, effektive Werkzeuge und Experimente zu entwickeln, die unsere Suche erweitern."
„Diese Forschung ist wichtig, weil DNA immer als einzigartig angesehen wurde. Zum Beispiel ist DNA das einzige Material, mit dem wir Sequenzen mit vorhersagbarer Stabilität entwerfen können “, sagt Floyd Romesberg, Genetiker am Scripps Institute und Autor einer Studie mit sechs synthetischen Paaren. „Und wie Steve Benner gezeigt hat, erfüllen seine neuen vier Buchstaben auch alle Aspekte dieser vorhersehbaren Stabilität. Es gab zwar Hinweise darauf, dass andere Dinge als die vier natürlichen Buchstaben der DNA diese Eigenschaft haben könnten, aber diese Arbeit zeigt dies zum ersten Mal wirklich. “
Romesberg sagt auch, dass eine wichtige Anwendung des aus acht Buchstaben bestehenden Alphabets in der Kontrolle molekularer Assoziationen besteht, dh in der Fähigkeit, die Konfiguration von Nukleotiden zu programmieren. Das aus acht Buchstaben bestehende Alphabet sei von Natur aus spezifischer als das aus vier Buchstaben bestehende Alphabet.
„Es ist jedoch nutzlos, wenn die Stabilität des Alphabets mit acht Buchstaben nicht vorhersehbar oder programmierbar ist“, sagt Romesberg. "Als Steve dies demonstrierte, entdeckte er neue Anwendungen, die wahrscheinlich bald in seinem Labor erscheinen werden."
Die Ergebnisse der Arbeit können nicht nur zu astrobiologischen Konsequenzen führen, sondern auch Spuren in der realen Welt hinterlassen - zum Beispiel die Diagnosegeräte verbessern, die Umwelt überwachen (z. B. gefährliche Viren erkennen), alternative Informationsspeicher, Proteine mit zugesetzten Aminosäuren und neue innovative Medikamente entstehen lassen …
Ilya Khel