Eluvormide piire nihutamas: esmakordselt õnnestus valmistada nelja täiendava “tähega” DNA-d
Ehkki Maal leidub peadpööritaval hulgal elurikkust, jääb siinne bioloogia ikkagi üheksainsaks andmepunktiks meile tuntud universumis — meil lihtsalt puudub võimalus võrrelda ennast eluvormidega, kelle DNA meie omast oluliselt erineb. Nüüd on aga teadlased võrnud ohjad enda kätte ja hakanud elu võimalike esinemisvormide piire omal käel nihutama.
NASA rahastatud ja USA rakendusliku molekulaarevolutsiooni sihtasutuse Foundation for Applied Molecular Evolution juhatatud uurimisprojekti raames on nimelt valmis tehtud täiesti uut tüüpi DNA topeltheeliks nelja täiendava alusnukleotiidiga.
Uut heeliksit nimetatakse hachimoji-DNA-ks (jaapanikeelse sõna järgi, mis tähendab “kaheksat tähte”) ja see hõlmab lisaks olemasolevatele adeniini (A) ja tümiini (T) ning guaniini (G) ja tsütosiini (C) konfiguratsioonidele kaht uut aluspaari.
Kui taoline püüdlus looduse poolt ette kirjutatud geneetilist retsepti laiendada tuleb tuttav ette, meenus teile ilmselt 2011. aastast samade teadlaste edukas katse pressida DNA-sse lisaks kaks uut “tähte”. Alles mullu suudeti elavas organismis funktsioneerima panna veel üks täiendatud geenitähestik, millel oli samuti kokku kuus tähte.
Nüüd on teadlastel õnnestunud protsessi uuesti alustades töötada välja varasematest veelgi ebastandardsemad nukleotiidid. Sellega pole nende ambitsioonid aga veel lõppenud, kuna uurijad on eesmärgiks seadnud “retseptikogus” olevate šifrite hulka kahekordistada.
“Hachimoji-DNA kuju, suuruse ja struktuuri hoolika analüüsimise kaudu laiendab käesolev töö meie arusaamist sellistest molekulitüüpidest, mis võiksid kanda informatsiooni võõrastel planeetidel elutsevate võõr-eluvormide kohta,” selgitas keemik Steven Benner.
Meie süsteem on selge, uurime edasi
Loodusliku DNA stabiilsuse ja funktsionaalsuse kohta mitmesugustes keskkonnatingimustes teame me juba üsna palju ja aeglane töö selle evolutsiooni võimalike stsenaariumide kirjeldamiseks lihtsamatest orgaanilistest materjalidest elavaks keemiaks on samuti käimas.
Kuid selleks, et mõista, kuidas üks geneetiline süsteem võiks areneda, on vaja kompida selle aluseks oleva keemia piire. Hachimoji-DNA kahtlemata võimaldab seda. Uued “tähed” šifris, millele on antud tähistused P, B, Z ja S, rajanevad olemasolevatega sarnastel lämmastikupõhistel molekulidel, mida lahterdatakse puriinideks ja püramidiinideks,
Uued tähed moodustavad vesinikusidemete abil samuti oma aluspaare — S moodustab paari B-ga ja P omakorda Z-iga. Siinkohal hakkavad sarnasused aga hääbuma. Nimelt lisavad uued “tähed” topeltheeliksi-struktuurile kümneid uusi keemilisi parameetreid, mis võivad mõjutada seda, kuidas täpselt uus molekul käänduma ja pöörduma hakkab.
Molekulide stabiilsust prognoosivate mudelite konstrueerimine ja seejärel “tulnukate” DNA-st loodud tegelike struktuuride käitumise jälgimine võimaldab teadlastel paremini mõista, mis on ühe geneetilise koodi alusmalli fundamentaalse toimimise juures tegelikult oluline.
Uurijad konstrueerisid sadu looduslike ja sünteetiliste aluspaaride konfiguratsioonidest koosnevaid hachimoji-heelikseid, mida mõjutati mitmesuguste tingimustega, et näha, kuidas need keskkonnamõjudele reageerivad ja kui hästi neid taluvad.
Võiks säilitada geneetilist infot
Ehkki uute tähtede toimimises esines hulgaliselt väikseid erinevuseid, ei leidnud uurijad mingit põhjust järeldada, et laias laastus ei võiks hachimoji-DNA toimida geneetilise informatsiooni kandjana juhul, kui see saab muteeruda ja areneda.
Lisaks demonstreerimisele, et sünteetilised tähed võivad osaleda uute geneetiliste koodide loomises ilma seejuures kiiresti lagunemata, suutis töörühm transleerida neid jadasid ka sünteetilise RNA versioonideks.
Kirjeldatud uurimus ei kujuta endast küll mingil moel uue elu loomist, kuid taoliste enneolematute DNA-formaatide konstrueerimine on esimeseks sammuks selle väljaselgitamisel, milliseid vorme võiks elu aluseks olev keemia luua (ja milliseid mitte) mujal universumis.
“Elu tuvastamine on NASA planetaarsete uurimislendude jaoks üha olulisem eesmärk ning see uus uurimus aitab meil välja töötada tõhusaid seadmeid ja eksperimente, mis laiendavad meie otsitavate tunnusmärkide spektrit,” kommenteeris NASA planetoloogiauuringute divisjoni tegevdirektor Lori Glaze.
Selliste baaspaaride kujundamisel, mis võiksid toimida kõrvuti meie endi DNA-ga, võib leiduda rakendusi ka kodule lähemal — mitte ainult moodusena elu ümberprogrammeerimiseks uute alusnukleotiidide baasil, vaid ka püüdlustes konstrueerida uut tüüpi nanostruktuure.
Tundub, et sünteetilise DNA jaoks pole taevalaotus viimaseks piiriks. Pole välistatud, et see tehnoloogia viib meid kunagi tähtedele ja toob sealt ka tagasi.
Uurimustöö ilmus teadusajakirjas Science.
