DNA Hachimoji - Hachimoji DNA
DNA Hachimoji (z japońskiego 八 文字 hachimoji , „osiem liter”) to syntetyczny analog kwasu nukleinowego, który oprócz czterech nukleotydów obecnych w naturalnych kwasach nukleinowych , DNA i RNA wykorzystuje cztery syntetyczne nukleotydy . Prowadzi to do czterech dozwolonych par zasad : dwóch nienaturalnych par zasad utworzonych przez syntetyczne zasady nukleinowe oprócz dwóch normalnych par. Zasady hachimoji zostały zademonstrowane zarówno w analogach DNA, jak i RNA, przy użyciu odpowiednio dezoksyrybozy i rybozy jako cukru szkieletowego.
Korzyści z takiego systemu kwasów nukleinowych mogą obejmować zwiększoną zdolność do przechowywania danych , a także wgląd w możliwości poszukiwania życia pozaziemskiego .
System DNA hachimoji wytwarzał jeden typ katalitycznego RNA ( rybozym lub aptamer ) in vitro .
Opis
Naturalne DNA to cząsteczka zawierająca instrukcje genetyczne wykorzystywane do wzrostu, rozwoju, funkcjonowania i rozmnażania wszystkich znanych organizmów żywych i wielu wirusów . DNA i kwas rybonukleinowy (RNA) to kwasy nukleinowe ; obok białek , lipidów i węglowodanów złożonych ( polisacharydów ), kwasy nukleinowe są jednym z czterech głównych typów makrocząsteczek, które są niezbędne dla wszystkich znanych form życia . DNA jest polinukleotydem, ponieważ składa się z prostszych jednostek monomerycznych zwanych nukleotydami ; gdy są dwuniciowe, dwa łańcuchy owijają się wokół siebie, tworząc podwójną helisę .
W naturalnym DNA każdy nukleotyd składa się z jednej z czterech zasad nukleinowych ( cytozyny [C], guaniny [G], adeniny [A] lub tyminy [T]), cukru zwanego dezoksyrybozą i grupy fosforanowej . Nukleotydy są połączone ze sobą w łańcuch wiązaniami kowalencyjnymi między cukrem jednego nukleotydu a fosforanem następnego, w wyniku czego powstaje przemienny szkielet cukrowo-fosforanowy . Zasady azotowe dwóch oddzielnych nici polinukleotydowych są połączone ze sobą wiązaniami wodorowymi , zgodnie z regułami parowania zasad (A z T i C z G), tworząc dwuniciowy DNA.
DNA Hachimoji jest podobne do naturalnego DNA, ale różni się liczbą i typem zasad nukleinowych. Nienaturalne zasady nukleinowe, bardziej hydrofobowe niż zasady naturalne , są używane w udanym DNA hachimoji. Takie DNA zawsze tworzyło standardową podwójną helisę , niezależnie od użytej sekwencji zasad. Enzym ( T7 polimerazy ) został dostosowany przez naukowców do stosowania in vitro, na transkrybuje hachimoji hachimoji DNA na RNA, który z kolei, produkowane aktywność chemiczną w postaci świecącego zielonej fluoroforu .
Nowe pary zasad
DNA i RNA są naturalnie złożone z czterech zasad nukleotydowych, które tworzą wiązania wodorowe w celu połączenia w pary. DNA Hachimoji wykorzystuje dodatkowe cztery syntetyczne nukleotydy do utworzenia czterech typów par zasad, z których dwa są nienaturalne: P wiąże się z Z, a B wiąże się z S ( dS w DNA , rS w RNA ).
Baza Nazwa Formuła UŚMIECHY Struktura ChemSpider PubChem P. 2-aminoimidazo [1,2a] [1,3,5] triazyn-4 (1 H ) -on
2-amino-8- (1′-bD-2′-deoksyrybofuranozylo) -imidazo- [1,2a] -1,3,5-triazyn- [8H] -4-on
C 5 H 5 N 5 O C1 = CN2C (= O) NC (= NC2 = N1) N. 
10205066 135600909 Z 6-amino-5-nitropirydyn-2-on
6-amino-3- (1′-bD-2′-deoksyrybofuranozylo) -5-nitro-1H-pirydyn-2-on
C 5 H 5 N 3 O 3 C1 = CC (= O) NC (= C1 [N +] (= O) [O -]) N 
9357814 11182729 b Izoguanina
6-amino-9 [(1′-bD-2′-deoksyrybofuranozylo) -4-hydroksy-5- (hydroksymetylo) -oksolan-2-ylo] -1H-puryn-2-on
C 5 H 5 N 5 O C1 = NC2 = NC (= O) NC (= C2N1) N. 
69351 76900 S rS Izocytozyna C 4 H 5 N 3 O C1 = CN = C (NC1 = O) N 
60309 66950 dS 1-metylocytozyna
3-metylo-6-amino-5- (1′-bD-2′-deoksyrybofuranozylo) -pirymidyn-2-on
C 5 H 7 N 3 O CN1C = CC (= NC1 = O) N 
71474 79143
Naturalne podstawy znajdują się w górnym rzędzie; nienaturalne, syntetyczne bazy znajdują się w dolnym rzędzie.
Wiązania wodorowe są przerywanymi zielonymi liniami, a atomy akceptora zaznaczone są na czerwono.
tło
Wcześniej grupa badawcza odpowiedzialna za system DNA hachimoji, kierowana przez chemika z Harvard University, Stevena Bennera , zbadała syntetyczny system analogowy DNA , nazwany sztucznie rozszerzonym systemem informacji genetycznej (AEGIS), który wykorzystywał dwanaście różnych nukleotydów, w tym cztery znalezione w DNA. .
Biologia
Chemik Scripps Research, Floyd Romesberg , znany z tworzenia pierwszej pary zasad nienaturalnych (UBP) i rozszerzania alfabetu genetycznego składającego się z czterech liter do sześciu w 2012 roku, stwierdził, że wynalezienie systemu DNA hachimoji jest przykładem tego, że naturalne zasady (G, C, A i T) „nie są unikalne”. Stworzenie nowych form życia może być, przynajmniej teoretycznie, możliwe dzięki nowemu systemowi DNA. Na razie jednak system DNA hachimoji nie jest samowystarczalny; system potrzebuje stałych dostaw unikalnych bloków budulcowych i białek, które można znaleźć tylko w laboratorium. W rezultacie „DNA Hachimoji nie może dotrzeć donikąd, jeśli ucieknie z laboratorium”.
Aplikacje
NASA sfinansowała te badania, aby „poszerzyć zakres struktur, które możemy napotkać, szukając życia w kosmosie”. Według Lori Glaze z Planetary Science Division w NASA, „Wykrywanie życia jest coraz ważniejszym celem planetarnych misji NASA, a ta nowa praca [z hachimoji DNA] pomoże nam opracować skuteczne instrumenty i eksperymenty, które poszerzą zakres czego szukamy ”. Szef zespołu badawczego, Steven Benner, zauważa: „Dzięki uważnej analizie roli kształtu, rozmiaru i struktury w DNA hachimoji, ta praca poszerza naszą wiedzę na temat rodzajów cząsteczek, które mogą przechowywać informacje w życiu pozaziemskim na obcych światach”.
Według badaczy hachimoji DNA mogą również być stosowane „opracowania czystych diagnostyki dla chorób człowieka , w przechowywania danych cyfrowych DNA , kody kreskowe DNA , samoskładających nanostruktur oraz do białek z nietypowych aminokwasów . Części tej hachimoji DNA są już produkowany komercyjnie przez Firebird Biomolecular Sciences LLC ”.
Zobacz też
Bibliografia
Dalsza lektura
- Bains W (2004). „Wiele chemii można by wykorzystać do budowy żywych systemów” (PDF) . Astrobiologia . 4 (2): 137–67. Bibcode : 2004AsBio ... 4..137B . doi : 10.1089 / 153110704323175124 . PMID 15253836 . Opracowanie hipotezy.