DNA Hachimoji - Hachimoji DNA

DNA Hachimoji (z japonský 八 文字 hachimoji„osm písmen“) je syntetický analog nukleové kyseliny který používá čtyři syntetické nukleotidy kromě čtyř přítomných v přirozeném nukleové kyseliny, DNA a RNA. To vede ke čtyřem povoleným základní páry: dva nepřirozené páry bází vytvořený syntetickým nukleové báze kromě dvou normálních párů. Hachimoji báze byly prokázány jak v DNA, tak v analogech RNA, za použití deoxyribóza a ribóza respektive jako páteřní cukr.[1][2][3][4][5]
Výhody takového systému nukleových kyselin mohou zahrnovat zvýšenou schopnost ukládat data, jakož i přehledy toho, co je při hledání možné mimozemský život.[5][6]
Systém DNA hachimoji produkoval jeden typ katalytické RNA (ribozym nebo aptamer ) in vitro.
Popis
Přírodní DNA je molekula nesoucí genetický pokyny používané při růstu, vývoji, fungování a reprodukce všech známých životů organismy a mnoho viry. DNA a ribonukleová kyselina (RNA) jsou nukleové kyseliny; vedle bílkoviny, lipidy a komplexní sacharidy (polysacharidy ), nukleové kyseliny jsou jedním ze čtyř hlavních typů makromolekuly které jsou nezbytné pro všechny známé formy život. DNA je a polynukleotid protože se skládá z jednodušších monomerní volané jednotky nukleotidy; když jsou dvouvláknové, oba řetězce se vinou kolem sebe a tvoří a dvojitá spirála.[7][8]
V přirozené DNA je každý nukleotid složen z jednoho ze čtyř nukleové báze (cytosin [C], guanin [G], adenin [A] nebo tymin [T]), a cukr volala deoxyribóza a fosfátová skupina. Nukleotidy jsou navzájem spojeny v řetězci pomocí kovalentní vazby mezi cukrem jednoho nukleotidu a fosfátem druhého, což vede ke střídání páteř cukr-fosfát. Dusíkaté báze dvou samostatných polynukleotidových řetězců jsou navzájem spojeny Vodíkové vazby, podle párování bází pravidla (A s T a C s G), aby se vytvořila dvouvláknová DNA.
DNA Hachimoji je podobná přirozené DNA, ale liší se počtem a typem nukleobází.[1][5] Nepřirozené nukleové báze, další hydrofobní než přírodní základy,[9][10] se používají v úspěšné DNA hachimoji. Taková DNA vždy tvořila standardní dvojitá šroubovice, bez ohledu na to, jaké sekvence bází byly použity. An enzym (T7 polymeráza ) byl upraven výzkumníky tak, aby byly použity in vitro na přepsat DNA hachimoji do hachimoji RNA, která zase vyprodukovala chemickou aktivitu ve formě zářící zelené fluorofor.[4][5]
Nové páry bází
DNA a RNA se přirozeně skládají ze čtyř nukleotidových bází, které vytvářejí vodíkové vazby za účelem párování. DNA Hachimoji používá další čtyři syntetické nukleotidy k vytvoření čtyř typů bazických párů, z nichž dva jsou nepřirozené: P váže se Z a B váže se S (dS v DNA, rS v RNA ).[1]
Základna název Vzorec ÚSMĚVY Struktura ChemSpider PubChem P 2-Aminoimidazo [1,2a] [1,3,5] triazin-4 (1H)-jeden 2-amino-8- (1'-b-D-2'-deoxyribofuranosyl) -imidazo- [1,2a] -1,3,5-triazin- [8H] -4-on[1]
C5H5N5Ó C1 = CN2C (= O) NC (= NC2 = N1) N 10205066 135600909 Z 6-Amino-5-nitropyridin-2-on 6-amino-3- (l'-b-D-2'-deoxyribofuranosyl) -5-nitro-lH-pyridin-2-on[1]
C5H5N3Ó3 C1 = CC (= O) NC (= C1 [N +] (= O) [O -]) N 9357814 11182729 B Isoguanin 6-amino-9 [(l'-b-D-2'-deoxyribofuranosyl) -4-hydroxy-5- (hydroxymethyl) oxolan-2-yl] -lH-purin-2-on[1]
C5H5N5Ó C1 = NC2 = NC (= O) NC (= C2N1) N 69351 76900 S rS Isocytosin C4H5N3Ó C1 = CN = C (NC1 = O) N 60309 66950 dS 1-methylcytosin 3-methyl-6-amino-5- (1'-b-D-2'-deoxyribofuranosyl) pyrimidin-2-on[1]
C5H7N3Ó CN1C = CC (= NC1 = O) N 71474 79143
Přírodní základy jsou v horní řadě; nepřirozené syntetické základy jsou ve spodní řadě.
Vodíkové vazby jsou přerušované zelené čáry s akceptorovými atomy červenou barvou.
Pozadí
Dříve výzkumná skupina odpovědná za systém DNA hachimoji, v čele s Harvardská Univerzita chemik Steven Benner, studoval a analog syntetické DNA systém, pojmenovaný Uměle rozšířený genetický informační systém (AEGIS), který používal dvanáct různých nukleotidů, včetně čtyř nalezených v DNA.[11][12][13][14][15]
Biologie
Výzkum skriptů chemik Floyd Romesberg, známý pro vytvoření první Nepřirozený pár bází (UBP) a rozšíření genetické abecedy čtyř písmen na šest v roce 2012,[16] uvedl, že vynález systému hachimoji DNA je příkladem skutečnosti, že přírodní báze (G, C, A a T) „nejsou jedinečné“.[17][18] Vytváření nových forem života je možné, alespoň teoreticky,[9] s novým systémem DNA.[18] Prozatím však není systém DNA hachimoji soběstačný; systém potřebuje stálý přísun jedinečných stavebních bloků a bílkovin nalezených pouze v laboratoři. Výsledkem je, že „DNA Hachimoji nemůže nikam jít, pokud unikne z laboratoře.“[4]
Aplikace
NASA financoval tento výzkum s cílem „rozšířit rozsah struktur, se kterými se můžeme setkat při hledání života ve vesmíru“.[1] Podle Lori Glaze „Planetary Science Division of NASA“ „Detekce života je stále důležitějším cílem planetárních vědeckých misí NASA a tato nová práce [s hachimoji DNA] nám pomůže vyvinout účinné nástroje a experimenty, které rozšíří rozsah toho, co hledáme . “[3][19] Vedoucí výzkumného týmu Steven Benner poznamenává: „Pečlivou analýzou rolí tvaru, velikosti a struktury v DNA hachimoji rozšiřuje tato práce naše chápání typů molekuly které by mohly ukládat informace v mimozemském životě na mimozemských světech. “[20]
Podle výzkumníků[1] DNA hachimoji by mohla být také použita „k vývoji čistého diagnostika pro lidské nemoci, v Uložení digitálních dat DNA, Čárový kód DNA, vlastní montáž nanostruktury, a dělat bílkoviny s neobvyklým aminokyseliny. Části této DNA hachimoji již komerčně vyrábí společnost Firebird Biomolecular Sciences LLC. “[1][4]
Viz také
Reference
- ^ A b C d E F G h i j k Hoshika S, Leal NA, Kim MJ, Kim MS, Karalkar NB, Kim HJ, Bates AM, Watkins NE, SantaLucia HA, Meyer AJ, DasGupta S, Ellington AD, SantaLucia J, Georgiadis MM, Benner SA (únor 2019). „Hachimoji DNA a RNA: Genetický systém s osmi stavebními kameny“. Věda. 363 (6429): 884–887. Bibcode:2019Sci ... 363..884H. doi:10.1126 / science.aat0971. PMC 6413494. PMID 30792304.
- ^ Americká asociace pro rozvoj vědy (21. února 2019). „Hachimoji - rozšíření genetické abecedy ze čtyř na osm“. EurekAlert!. Citováno 22. února 2019.
- ^ A b Brown D, Landau E (21. února 2019). „Výzkum vytváří molekulu podobnou DNA, která pomáhá při hledání mimozemského života“. Phys.org. Citováno 22. února 2019.
- ^ A b C d Dumé B (22. února 2019). „DNA Hachimoji zdvojnásobuje genetický kód“. Svět fyziky. Citováno 22. února 2019.
- ^ A b C d Zimmer C. (21. února 2019). „DNA získá novou - a větší - genetickou abecedu - DNA je vysvětlena čtyřmi písmeny nebo základnami. Vědci nyní vytvořili systém s osmi. Může obsahovat vodítka k potenciálu pro život jinde ve vesmíru a může také rozšířit naši kapacita pro ukládání digitálních dat na Zemi ". The New York Times. Citováno 21. února 2019.
- ^ Dvorsky G (22. února 2019). „Freaky Eight-Letter DNA Could be the Stuff Aliens are Made Of“. Gizmodo. Citováno 23. února 2019.
- ^ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2014). „Kapitola 4: DNA, chromozomy a genomy“. Molekulární biologie buňky (6. vydání). Girlanda. ISBN 978-0-8153-4432-2. Archivovány od originál dne 14. července 2014. Citováno 21. února 2019.
- ^ Purcell A. "DNA". Základní biologie. Archivovány od originál dne 5. ledna 2017. Citováno 21. února 2019.
- ^ A b Warren M (únor 2019). „Čtyři nová písmena DNA zdvojnásobují abecedu života“. Příroda. 566 (7745): 436. Bibcode:2019Natur.566..436W. doi:10.1038 / d41586-019-00650-8. PMID 30809059.
- ^ Thulin L (25. února 2019). „Vědci úspěšně zdvojnásobili abecedu DNA -„ DNA Hachimoji “je strukturálně stabilní, nabízí nové možnosti pro ukládání dat a vyvolává otázky ohledně potenciálu molekulárního líčení mimozemského života“. Smithsonian Magazine. Citováno 25. února 2019.
- ^ Yang Z, Hutter D, Sheng P, Sismour AM, Benner SA (29. října 2006). „Uměle rozšířený genetický informační systém: nový pár bází s alternativním vzorem vodíkových vazeb“. Výzkum nukleových kyselin. 34 (21): 6095–101. doi:10.1093 / nar / gkl633. PMC 1635279. PMID 17074747.
- ^ Benner SA, Hutter D, Sismour AM (1. září 2003). „Syntetická biologie s uměle rozšířenými genetickými informačními systémy. Od personalizované medicíny po mimozemský život“. Výzkum nukleových kyselin. Doplněk. 3 (3): 125–6. doi:10.1093 / nass / 3.1.125. PMID 14510412.
- ^ Benner SA (prosinec 2010). „Definování života“. Astrobiologie. 10 (10): 1021–30. Bibcode:2010AsBio..10.1021B. doi:10.1089 / ast.2010.0524. PMC 3005285. PMID 21162682.
- ^ Klotz I (27. února 2009). „Syntetická forma života roste v laboratoři na Floridě“. Věda. Citováno 27. února 2019.
- ^ Lloyd R (14. února 2009). „Nová umělá DNA ukazuje na život mimozemšťanů“. LiveScience. Citováno 27. února 2019.
- ^ Malyshev DA, Dhami K, Quach HT, Lavergne T, Ordoukhanian P, Torkamani A, Romesberg FE (červenec 2012). „Efektivní a sekvenčně nezávislá replikace DNA obsahující třetí pár bází vytváří funkční šestipísmennou genetickou abecedu“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 109 (30): 12005–10. Bibcode:2012PNAS..10912005M. doi:10.1073 / pnas.1205176109. PMC 3409741. PMID 22773812.
- ^ Saplakoglu Y (21. února 2019). „Vědci vytvořili syntetickou DNA se 4 písmeny navíc“. Živá věda. Citováno 22. února 2019.
- ^ A b Molteni M (21. února 2019). „Zdvojnásobení našich stavebních bloků DNA by mohlo vést k novým formám života“. Kabelové. Citováno 22. února 2019.
- ^ Stickland A (21. února 2019). „Syntetická DNA by mohla pomoci při hledání mimozemského života“. Zprávy CNN. Citováno 22. února 2019.
- ^ Carpineti A (22. února 2019). „Nová umělá DNA zdvojnásobila abecedu života“. IFLScience.com. Citováno 22. února 2019.
Další čtení
- Bains W (2004). „Mnoho chemik by mohlo být použito k vytvoření živých systémů“ (PDF). Astrobiologie. 4 (2): 137–67. Bibcode:2004 AsBio ... 4..137B. doi:10.1089/153110704323175124. PMID 15253836. Hypotéza papír.