Thomas Dalton
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Un paio di miliardi di anni fa, quattro molecole danzavano nell'elegante struttura a doppia elica del DNA, che fornisce i codici per la vita sul nostro pianeta. Ma questi quattro giocatori erano davvero fondamentali per l'apparenza della vita - o altri avrebbero potuto anche dare origine al nostro codice genetico?
Un nuovo studio, pubblicato oggi (20 febbraio) sulla rivista Science, supporta quest'ultima affermazione: gli scienziati hanno recentemente modellato un nuovo tipo di DNA nella sua elegante struttura a doppia elica e hanno scoperto che aveva proprietà che potrebbero supportare la vita.
Ma se il DNA naturale è una breve storia, questo DNA sintetico è un romanzo di Tolstoj.
I ricercatori hanno creato il DNA sintetico utilizzando quattro molecole aggiuntive, in modo che il prodotto risultante avesse un codice composto da otto lettere anziché quattro. Con l'aumento delle lettere, questo DNA aveva una capacità molto maggiore di memorizzare le informazioni. Gli scienziati hanno chiamato il nuovo DNA "hachimoji" - che significa "otto lettere" in giapponese - espandendo il lavoro precedente di diversi gruppi che avevano creato DNA simile usando sei lettere. [Genetica in cifre: 10 racconti allettanti]
Scrivere il codice
Il DNA naturale è composto da quattro molecole, chiamate basi azotate, che si accoppiano tra loro per formare il codice per la vita sulla Terra: A si lega con T; G si lega con C.Il DNA di Hachimoji include queste quattro basi naturali, più altre quattro basi nucleotidiche prodotte sinteticamente: P, B, Z e S.
Il gruppo di ricerca, che comprendeva diversi team diversi negli Stati Uniti, ha creato centinaia di queste doppie eliche Hachimoji con diverse combinazioni di coppie di basi nucleotidiche naturali e sintetiche. Quindi, hanno condotto una serie di esperimenti per vedere se le varie doppie eliche avevano proprietà necessarie per sostenere la vita.
Il DNA naturale ha una proprietà caratteristica che nessun'altra molecola genetica sembra avere: è stabile e prevedibile. Ciò significa che i ricercatori possono calcolare esattamente come si comporterà a determinate temperature e ambienti, incluso quando si degraderà.
Ma si scopre che i ricercatori sono stati anche in grado di farlo con il DNA di Hachimoji: hanno potuto elaborare una serie di regole in grado di prevedere la stabilità del DNA quando è esposto a temperature diverse.
Requisiti per la vita
La scoperta che è possibile aggiungere le quattro basi sintetiche e ottenere comunque un "codice prevedibile e programmabile ... è semplicemente senza precedenti", ha detto Floyd Romesberg, professore di chimica presso Scripps Research in California, che non faceva parte dello studio ma che ricerche precedentemente pubblicate su un precedente codice di sei lettere. Questo "documento di riferimento" suggerisce infatti che G, C, A e T "non sono unici", ha detto Romesberg .
Autore senior Steven Benner,un illustre collega della Foundation for Applied Molecular Evolution in Florida, concordò. Se da qualche altra parte nell'universo, anche la vita è codificata nel DNA, non sarà "esattamente come quello che abbiamo qui sulla Terra", ha detto Benner. "È molto utile avere questo tipo di esperimenti in laboratorio per capire quali strutture alternative [potrebbero esistere]".
Ma creare un DNA che immagazzini le informazioni non è sufficiente, ha osservato Benner. Deve anche avere la capacità di trasferire quell'informazione alla sua molecola sorella RNA, in modo che quell'RNA possa quindi istruire le proteine a svolgere tutte le attività in un organismo.
Con questo in mente, i ricercatori hanno sviluppato enzimi sintetici - proteine che facilitano una reazione - che hanno copiato con successo il DNA di Hachimoji nell'RNA di Hachimoji. Inoltre, hanno scoperto che la molecola di RNA era in grado di piegarsi in una sorta di forma a L che sarebbe stata necessaria per trasferire ulteriormente le informazioni.
Inoltre, i filamenti di DNA devono essere in grado di ruotare nella stessa struttura tridimensionale: la famosa doppia elica.
Il team ha creato tre strutture cristalline di DNA di Hachimoji, ciascuna con sequenze diverse delle otto coppie di basi, e ha scoperto che ciascuna formava la classica doppia elica.
Tuttavia, affinché il DNA di Hachimoji supporti la vita, c'è un quinto requisito, ha detto Benner. Cioè, deve essere autosufficiente o avere la capacità di sopravvivere da solo. Tuttavia, i ricercatori si sono fermati prima di indagare su questo passaggio, al fine di evitare che la molecola diventasse un rischio biologico che un giorno potrebbe farsi strada nei genomi degli organismi sulla Terra..
Un vocabolario in espansione
Oltre a intravedere alternative per la vita nel cosmo, questo filamento di DNA di otto lettere ha anche applicazioni qui sul nostro pianeta. Un alfabeto genetico di otto lettere memorizzerà più informazioni e si legherà a determinati obiettivi in modo più specifico, ha detto Benner. Ad esempio, il DNA di Hachimoji potrebbe essere utilizzato per legarsi a cellule di cancro al fegato o tossine di antrace, oppure per accelerare le reazioni chimiche.
"Aumentando il numero di lettere da sei a otto, la diversità delle sequenze di DNA è notevolmente aumentata", Ichiro Hirao, un biologo molecolare sintetico presso l'Institute of Bioengineering and Nanotechnology, A * STAR a Singapore che non faceva parte dello studio , ha detto in una e-mail. (Il team di Hirao è stato anche coinvolto, tuttavia, in una ricerca precedente che ha creato filamenti di DNA di sei lettere)
Naturalmente, "questa è solo una prima dimostrazione" di una doppia elica del DNA di otto lettere, e per un uso pratico, dobbiamo migliorare l'accuratezza e l'efficienza della replicazione e della trascrizione nell'RNA, ha detto Hirao in una e-mail. Immagina che alla fine potrebbero essere in grado di accumulare ancora più lettere.
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