Niepodważalną zasadą istnienia życia na Ziemi jest kod DNA. Kod genetyczny ma swoją stałą, stabilną budowę. Składa się z czterech zasad azotowych: adeniny, tyminy, cytozyny i guaniny. Zasady te łączą się komplementarnie przy pomocy wiązań wodorowych, tworząc pary (adenina – tymina oraz guanina – cytozyna). Trzy leżące obok siebie zasady tworzą kodon, który koduje jeden aminokwas w białku. Możliwe są 64 modyfikacje ułożenia zasad azotowych w kodonie, które kodują powstawanie 20 aminokwasów w organizmie.
To wszystko za jakiś czas może być już tylko rozdziałem w podręczniku do biologii, zatytułowanym „Historia DNA”. Naukowcy od wielu lat próbowali poszerzyć alfabet kodu genetycznego poprzez wprowadzenie dodatkowych zasad azotowych. Nie było to proste. Dodane związki chemiczne musiałyby odznaczać się takimi samymi interakcjami między sobą, jak pozostałe cztery zasady. Zbyt słabe wiązania pomiędzy nimi doprowadziłyby do rozerwania nici DNA, natomiast zbyt silne uniemożliwiłyby jej rozplątywanie podczas transkrypcji. Jednym z trudniejszych wyzwań było również pokonanie mechanizmów obronnych komórki, która normalnie powinna potraktować taką sytuację jako mutację i doprowadzić do zablokowania procesu.
Wyselekcjonowano 60 potencjalnie pasujących związków, przeprowadzono tysiące interakcji pomiędzy nimi. I w końcu znaleziono coś, co mogłoby pasować. Były to pary zasad, d5SICS i dNaM, znane teraz też jako X i Y.
Nadeszła pora próby generalnej, wprowadzenia zasad do organizmu żywego. Z powodu dość prostej budowy genetycznej wybór padł na bakterię Escherichia coli. Przy pomocy genu pochodzącego z jednokomórkowych alg uzyskano białko, które umożliwia transport obcych zasad przez błonę komórkową bakterii. Bakterie tak długo utrzymywały w swoim kodzie nowe cząsteczki dopóki miały ich źródła z zewnątrz. Nie potrafią one bowiem same syntetyzować tego związku. Po wyczerpaniu zapasów nowych nukleotydów w środowisku dochodzi do cofnięcia modyfikacji, i bakteria wraca do produkcji „naturalnego” DNA.
Dokonania opublikowane w majowym numerze Nature mogą mieć ogromne i nieprzewidywalne skutki dla naszego dalszego życia na Ziemi. Dodanie dwóch dodatkowych liter do „alfabetu życia” zwiększy liczbę aminokwasów tworzonych przez żywe organizmy. W przypadku 4 zasad organizmy są w stanie wyprodukować 20 aminokwasów, w przypadku 6 zasad liczba możliwych aminokwasów wzrasta do 172. Może doprowadzić to do powstania nowych, nieznanych nam białek. Ich zastosowania mogą mieć bardzo szerokie spektrum. Produkcja leków, toksyczne białka zwalczające raka, nowa żywność, przedłużenie życia – to tylko niektóre z zastosowań, jakie przychodzą do głowy. Tak naprawdę ich ilość jest niezliczona.
Oczywiście musimy też wspomnieć o tym, że zbliżamy się do kolejnej granicy, za którą czeka wielka niewiadoma. Musimy brać pod uwagę, że mieszanie w alfabecie kodu genetycznego może zachwiać całym porządkiem życia na Ziemi.
Konsultacja naukowa: Dominik Rafa – biolog molekularny, neurobiolog, doktorant Polskiej Akademii Nauk.
Źródło: Nature
