Beberapa miliar tahun yang lalu, empat molekul menari ke dalam struktur double-helix DNA yang elegan, yang menyediakan kode untuk kehidupan di planet kita. Tetapi apakah keempat pemain ini sangat mendasar bagi penampilan kehidupan - atau dapatkah orang lain juga memunculkan kode genetik kita?
Sebuah studi baru, yang diterbitkan hari ini (20 Februari) dalam jurnal Science, mendukung proposisi yang terakhir: Para ilmuwan baru-baru ini membentuk jenis DNA baru ke dalam struktur heliks ganda yang elegan dan menemukan itu memiliki sifat yang dapat mendukung kehidupan.
Tetapi jika DNA alami adalah cerita pendek, DNA sintetis ini adalah novel Tolstoy.
Para peneliti membuat DNA sintetis menggunakan empat molekul tambahan, sehingga produk yang dihasilkan memiliki kode yang terdiri dari delapan huruf dan bukan empat. Dengan bertambahnya jumlah huruf, DNA ini memiliki, kapasitas yang jauh lebih besar untuk menyimpan informasi. Para ilmuwan menyebut DNA baru "hachimoji" - yang berarti "delapan huruf" dalam bahasa Jepang - memperluas karya sebelumnya dari berbagai kelompok yang telah menciptakan DNA serupa menggunakan enam huruf.
Menulis kodenya
DNA alami terdiri dari empat molekul, yang disebut basa nitrogen, yang berpasangan satu sama lain untuk membentuk kode kehidupan di Bumi: A berikatan dengan T; G berikatan dengan C. DNA Hachimoji mencakup empat basa alami ini, ditambah empat basa nukleotida yang dibuat secara sintetis: P, B, Z dan S.
Kelompok penelitian, yang mencakup beberapa tim berbeda di AS, menciptakan ratusan heliks ganda Hachimoji ini dengan kombinasi berbeda dari pasangan basa nukleotida alami dan sintetis. Kemudian, mereka melakukan serangkaian percobaan untuk melihat apakah berbagai heliks ganda memiliki sifat yang dibutuhkan untuk mendukung kehidupan.
DNA alami memiliki sifat khas yang tampaknya tidak dimiliki oleh molekul genetik lain: Ini stabil dan dapat diprediksi. Itu berarti bahwa para peneliti dapat menghitung dengan tepat bagaimana perilakunya dalam suhu dan lingkungan tertentu, termasuk kapan akan menurun.
Tetapi ternyata para peneliti juga dapat melakukan ini dengan DNA Hachimoji - mereka dapat membuat seperangkat aturan yang dapat memprediksi stabilitas DNA ketika terkena suhu yang berbeda.
Persyaratan seumur hidup
Temuan bahwa mungkin untuk menambahkan empat basis sintetis dan masih mendapatkan "kode yang dapat diprediksi dan dapat diprogram ... itu belum pernah terjadi sebelumnya," kata Floyd Romesberg, seorang profesor kimia di Scripps Research di California, yang bukan bagian dari penelitian tetapi yang penelitian yang sebelumnya diterbitkan pada kode enam huruf sebelumnya. "Makalah tengara" ini memang menunjukkan bahwa G, C, A dan T "tidak unik," kata Romesberg kepada Live Science.
Penulis senior Steven Benner,seorang yang terhormat di Yayasan Evolusi Molekuler Terapan di Florida, setuju. Jika di tempat lain di alam semesta, kehidupan juga dikodekan dalam DNA, itu tidak akan menjadi "persis seperti yang kita miliki di Bumi," kata Benner pada Live Science. "Sangat berguna untuk memiliki eksperimen semacam ini di laboratorium untuk memahami struktur alternatif apa."
Tetapi menciptakan DNA yang menyimpan informasi tidak cukup, kata Benner. Ia juga harus memiliki kemampuan untuk mentransfer informasi itu ke RNA molekul adiknya, sehingga RNA kemudian dapat menginstruksikan protein untuk melakukan semua bisnis dalam suatu organisme.
Dengan pemikiran itu, para peneliti mengembangkan enzim sintetis - protein yang memfasilitasi reaksi - yang berhasil menyalin DNA Hachimoji ke RNA Hachimoji. Selain itu, mereka menemukan bahwa molekul RNA mampu melipat menjadi semacam bentuk L yang diperlukan untuk mentransfer informasi lebih lanjut.
Selain itu, untaian DNA harus dapat berputar ke dalam struktur tiga dimensi yang sama - heliks ganda yang terkenal.
Tim menciptakan tiga struktur kristal DNA Hachimoji, masing-masing dengan urutan berbeda dari delapan pasangan basa, dan menemukan bahwa masing-masing membentuk heliks ganda klasik.
Namun, agar DNA Hachimoji mendukung kehidupan, ada persyaratan kelima, kata Benner. Artinya, perlu mandiri atau memiliki kemampuan untuk bertahan hidup sendiri. Namun, para peneliti berhenti menyelidiki langkah ini, untuk mencegah molekul dari menjadi biohazard yang suatu hari nanti bisa masuk ke dalam genom organisme di Bumi.
Kosakata yang berkembang
Selain melihat sekilas alternatif kehidupan di kosmos, untai delapan huruf DNA ini juga memiliki aplikasi di planet kita ini. Abjad genetik delapan huruf akan menyimpan lebih banyak informasi dan mengikat target tertentu secara lebih spesifik, kata Benner. Misalnya, DNA Hachimoji dapat digunakan untuk mengikat sel kanker hati atau racun antraks, atau digunakan untuk mempercepat reaksi kimia.
"Dengan meningkatkan jumlah huruf dari enam menjadi delapan, keragaman sekuens DNA sangat meningkat," Ichiro Hirao, seorang ahli biologi molekuler sintetik di Institut Bioteknologi dan Nanoteknologi, A * STAR di Singapura yang juga bukan bagian dari penelitian , kata dalam email. (Tim Hirao juga terlibat, dalam penelitian sebelumnya yang menciptakan untai DNA enam huruf)
Tentu saja, "ini hanya demonstrasi pertama" dari heliks ganda DNA delapan huruf, dan untuk penggunaan praktis, kita perlu meningkatkan akurasi dan efisiensi replikasi dan transkripsi ke dalam RNA, kata Hirao dalam email. Dia membayangkan bahwa pada akhirnya mereka mungkin dapat membangun lebih banyak lagi surat.
