Nel 1953, quando gli scienziati identificarono definitivamente la struttura del DNA, fu una rivelazione monumentale vincitrice del premio Nobel: quattro nucleotidi, ciascuno contenente una base marcata con lettere, erano disposti in una struttura a doppia elica. Queste quattro basi, o "lettere", formano coppie: adenina, A, partite con timina, T e citosina, C, legami con guanina, G. Queste coppie sono essenzialmente i mattoni della vita sulla Terra; il modo in cui sono disposte le coppie crea le istruzioni genetiche su come vengono prodotte le proteine, che a loro volta aiutano praticamente in ogni processo critico che ci tiene in vita.
Ora, un team interdisciplinare di ricercatori ha ampliato l'alfabeto genetico creando DNA sintetico che utilizza otto lettere anziché quattro, secondo un nuovo studio pubblicato sulla rivista Science . La nuova struttura fabbricata è chiamata "DNA hachimoji ", dalle parole giapponesi per "otto" e lettera. "Creare il DNA hachimoji è stato, come scrive Carl Zimmer sul New York Times, " un tour-de-force chimico "per il gruppo guidato da Steven Benner, biologo sintetico presso la Foundation for Applied Molecular Evolution. L'avanzamento offre nuove possibilità in molti campi, tra cui la ricerca medica e l'archiviazione dei dati.
Il DNA sintetico è prodotto da zero in un laboratorio. Il DNA programmato su misura può fornire istruzioni che potrebbero non verificarsi in natura. In questo momento, il DNA sintetico — usando le quattro basi tipiche — è stato progettato per scopi nuovi, come la creazione di nuovi profumi per il profumo, ma ci sono anche potenziali applicazioni mediche, come la produzione di un enzima che può abbattere il glutine e curare la celiachia.
"Hachimoji DNA" aggiunge due nuove coppie - P e Z, quindi B e S - nel mix. Il lavoro precedente ha creato diverse versioni di strutture di DNA sintetico a sei basi. Il DNA a otto basi espande notevolmente il possibile numero di combinazioni di tre lettere, o codoni, che il DNA può immagazzinare.
Megan Molteni di Wired spiega:
“Un alfabeto di quattro lettere ti dà 64 possibili codoni, che producono 20 aminoacidi, i mattoni delle proteine. Sei lettere ti portano fino a 256 codoni; otto lo rende 4.096 ".
La maggior parte dei precedenti tentativi di aggiungere coppie di basi erano instabili perché utilizzavano molecole idrorepellenti alle loro basi, riporta Matthew Warren per la natura . Nuove coppie sintetiche possono essere inserite tra coppie naturali, ma non possono essere posizionate in fila. Il DNA hachimoji, tuttavia, usa legami a idrogeno - proprio come il DNA naturale - aggiungendo integrità strutturale.
In natura, il DNA contiene le istruzioni per costruire proteine. Un passo fondamentale in questo processo è la creazione di un filone di RNA con immagine speculare. Altrimenti, le informazioni memorizzate nel DNA rimangono inutilizzate, come una ricetta che non è mai stata cotta. Non sarai in grado di osservare l'effetto di eventuali geni di nuova creazione, figuriamoci vedere l'evoluzione. Il coautore dello studio Andrew Ellington, un ingegnere evoluzionista dell'Università del Texas, ha sintetizzato un enzima in grado di leggere il DNA hachimoji (comprese le nuove lettere) e creare un corrispondente filamento di RNA. L'RNA ha funzionato come previsto, riferisce Megan Molteni di Wired : alcuni hanno creato un bagliore fluorescente verde, mentre altri si sono legati ai tumori del fegato o alle cellule del cancro al seno in una capsula di Petri.
La capacità di archiviazione potenziata del DNA di Hachimoji significa che potremmo usare il DNA di otto lettere per memorizzare informazioni, come un chip microscopico super resistente. Come spiega Ed Yong nel National Geographic, i ricercatori possono creare una chiave che traduca le informazioni dal linguaggio dei computer - binari 1 e 0 - nelle lettere dell'alfabeto DNA. Il DNA dura molto più a lungo e occupa molto meno spazio rispetto ai dischi rigidi, ei ricercatori hanno archiviato con successo un sistema operativo completo per computer e un intero film nel normale DNA di quattro lettere.
La scoperta aiuta anche a rispondere a un dilemma biologico: potrebbe esistere la vita usando altri blocchi di costruzione diversi dalle quattro basi nucleotidiche utilizzate su questo pianeta? Il biologo sintetico Floyd Romesberg ha dichiarato a Nature che la nuova ricerca è "una svolta concettuale".
"Per molto tempo, abbiamo avuto indicazioni che la vita si è evoluta da G, A, T, C, non perché erano esattamente le materie prime giuste ma perché erano semplicemente disponibili", ha detto Romesberg in un'intervista a Wired, e questo studio è il primo a confermare quel sospetto.
La NASA, una delle organizzazioni che hanno finanziato lo studio, ha annunciato in un comunicato stampa che la ricerca sul DNA hachimoji informerà la sua ricerca di vita su altri pianeti, poiché la scoperta suggerisce che la vita extraterrestre potrebbe non usare gli stessi mattoni della vita sulla Terra.
Ma gli scienziati hanno creato un nuovo tipo di vita sulla Terra? No, secondo Discover . Mentre il DNA hachimoji soddisfa tutti i requisiti strutturali per la vita, non può sostenersi al di fuori dell'ambiente di laboratorio accuratamente calibrato.
