Genetická informace všech dosud známých organismů je založena na čtyřech písmenech DNA: adeninu, thyminu, guaninu a cytosinu. Výzkumníci z University of California San Diego nyní ukázali, že jeden z klíčových enzymů buněčného aparátu dokáže pracovat také s umělou osmipísmennou abecedou. Studie nazvaná Structural basis of transcription of the Hachimoji eight-letter alphabet by E. coli RNA polymerase vyšla v časopise Nature Communications.
Vědci použili takzvanou hachimoji DNA, jejíž název odkazuje k japonskému výrazu pro osm znaků. K přirozeným párům A–T a G–C přidává dvě syntetické dvojice, označované P–Z a B–S. Tyto báze se v organismech běžně nevyskytují, jejich chemické vlastnosti jsou však navrženy tak, aby vytvářely pravidelné párování a zachovávaly podobný tvar dvojité šroubovice.
Experiment se soustředil na RNA polymerázu z bakterie Escherichia coli. RNA polymeráza je enzym, který podle předlohy v DNA vytváří molekulu RNA; jde o první krok takzvané transkripce, tedy přepisu genetické informace do podoby, s níž může buňka dále pracovat. Výzkumníci připravili umělé molekuly DNA a sledovali, zda je izolovaný enzym dokáže číst, vybírat odpovídající stavební bloky a pokračovat v tvorbě RNA.
Součástí práce bylo také zobrazování komplexů pomocí kryo-elektronové mikroskopie. Tato metoda umožňuje určovat prostorové uspořádání velkých molekulárních komplexů při velmi vysokém rozlišení. Snímky ukázaly, že syntetické báze se v aktivním místě RNA polymerázy usazují způsobem podobným přirozeným párům. Enzym při jejich zpracování využíval obdobné strukturní a chemické signály, včetně pohybu části označované jako spouštěcí smyčka, která pomáhá připravit aktivní místo k připojení dalšího nukleotidu.
Výsledek neznamená, že vznikla bakterie s osmipísmenným genomem. Pokusy proběhly s izolovaným enzymem a umělými templáty v laboratorních podmínkách. Aby mohl nový genetický systém fungovat v živé buňce, musely by s umělými bázemi spolehlivě pracovat také enzymy zajišťující kopírování DNA, její opravy a další kroky vedoucí od genetické informace k bílkovinám. Studie proto představuje jednu část potřebné molekulární infrastruktury, nikoli hotový alternativní organismus.
Význam práce spočívá v podrobnějším vysvětlení toho, proč může přirozený buněčný enzym tolerovat genetickou abecedu, s níž se během evoluce nesetkal. Poznatky mohou pomoci při návrhu umělých DNA a RNA pro syntetickou biologii, například pro molekuly s novými vazebnými vlastnostmi nebo pro systémy ukládání informace. Praktické využití ale bude záviset na tom, zda se podaří zajistit přesné kopírování a dlouhodobou stabilitu celého rozšířeného genetického systému.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.