Войти
A двойная спираль природной ДНК. ДНК Хатимодзи имеет аналогичную структуру. ДНК Хатимодзи (от яп. 八 文字 hachimoji, «восемь букв») представляет собой синтетический аналог нуклеиновой кислоты, в котором используются четыре синтетических нуклеотидов в дополнение к четырем, присутствующим в природных нуклеиновых кислотах, ДНК и РНК. Это приводит к четырем разрешенным парам оснований : двум неестественным парам оснований, образованным синтетическими азотистыми основаниями в дополнение к двум нормальным парам. Основания Hachimoji были продемонстрированы как в аналогах ДНК, так и в аналогах РНК с использованием дезоксирибозы и рибозы, соответственно, в качестве основного сахара.
Преимущества такой системы нуклеиновых кислот могут включать: улучшенная способность хранить данные, а также понимание того, что может быть возможно в поисках внеземной жизни.
Система ДНК хатимоджи произвела один тип каталитической РНК (рибозим или аптамер ) in vitro.
Природная ДНК - это молекула, несущая генетические инструкции, используемые для роста, развития, функционирования и воспроизводства всех известных живых организмов и многих вирусов. ДНК и рибонуклеиновая кислота (РНК) представляют собой нуклеиновые кислоты ; Наряду с белками, липидами и сложными углеводами (полисахаридами ) нуклеиновые кислоты являются одним из четырех основных типов макромолекул, которые необходимы для все известные формы жизни. ДНК является полинуклеотидом, поскольку состоит из более простых мономерных единиц, называемых нуклеотидами ; когда двухцепочечные, две цепи наматываются друг на друга, образуя двойную спираль.
В природной ДНК каждый нуклеотид состоит из одного из четырех азотистых оснований (цитозин [C], гуанин [G], аденин [A] или тимин [T]), сахар, называемый дезоксирибоза и фосфатная группа. Нуклеотиды соединены друг с другом в цепь посредством ковалентных связей между сахаром одного нуклеотида и фосфатом следующего, что приводит к чередующемуся сахарно-фосфатному остову. Азотистые основания двух отдельных полинуклеотидных цепей связаны друг с другом с помощью водородных связей в соответствии с правилами спаривания оснований (A с T и C с G), чтобы образовать двухцепочечные ДНК.
ДНК Хатимодзи похожа на природную ДНК, но отличается числом и типом азотистых оснований. Неестественные азотистые основания, более гидрофобные, чем естественные основания, используются в успешной ДНК hachimoji. Такая ДНК всегда образовывала стандартную двойную спираль, независимо от того, какая последовательность оснований использовалась. Фермент (полимераза Т7 ) был адаптирован исследователями для использования in vitro для транскрипции ДНК hachimoji в РНК hachimoji, которая, в свою очередь, вырабатывала химическую активность в виде светящегося зеленого флуорофора.
ДНК и РНК естественным образом состоят из четырех нуклеотидных оснований, которые образуют водородные связи для образования пары. ДНК Hachimoji использует дополнительные четыре синтетических нуклеотида для образования четырех типов пар оснований, два из которых являются неестественными: P связывается с Z, а B связывается с S(dSв ДНК, rSв РНК ).
| Основание | Имя | Формула | УЛЫБКИ | Структура | ChemSpider | PubChem | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| P | 2-аминоимидазо [1, 2a] [1,3,5] триазин-4 (1H) -он. 2-амино-8- (1'-bD-2'-дезоксирибофуранозил) имидазо- [1,2a] -1,3, 5-триазин- [8H] -4-он | C5H5N5O | C1 = CN2C (= O) NC (= NC2 = N1) N |  | 10205066 | 135600909 | |
| Z | 6-амино-5-нитропиридин-2 -он. 6-амино-3- (1'-bD-2'-дезоксирибофуранозил) -5-нитро-1H-пиридин-2-он | C5H5N3O3 | C1 = CC (= O) NC (= C1 [N + ] (= O) [O -]) N |  | 9357814 | 11182729 | |
| B | Изогуанин. 6-амино-9 [(1'-bD-2'-дезоксирибофуранозил) -4-гидрокси-5- (гидроксиметил) -оксолан-2-ил] -1H-пурин-2-он | C5H5N5O | C1 = NC2 = NC (= O) NC (= C2N1) N |  | 69351 | 76900 | |
| S | rS | Изоцитозин | C4H5N3O | C1 = CN = C (NC1 = O) N |  | 60309 | 66950 |
| dS | 1-метилцитозин. 3-метил-6-амино-5- (1'-bD-2'-дезоксирибофуранозил) -пиримидин-2-он | C5H7N3O | CN1C = CC (= NC1 = O) N |  | 71474 | 79143 | |
Ранее исследовательская группа, ответственная за систему ДНК хатимодзи, возглавляла Гарвардский университет химик Стивен Беннер изучил систему синтетического аналога ДНК, названную Искусственно расширенная система генетической информации (AEGIS), которая использовали двенадцать различных нуклеотидов, включая четыре, обнаруженные в ДНК.
Scripps Research химик Флойд Ромесберг, известный создателем первой Неестественной пары оснований (UBP).) и расширив генетический алфавит из четырех букв до шести в 2012 году, заявил, что изобретение системы ДНК хатимодзи является примером того факта, что природные основания (G, C, A и T) «не уникальны. ". Создание новых форм жизни возможно, по крайней мере теоретически, с новой системой ДНК. На данный момент, однако, система ДНК хатимодзи не является самоподдерживающейся; системе нужен постоянный запас уникальных строительных блоков и белков, которые можно найти только в лаборатории. В результате «ДНК Хатимодзи никуда не денется, если она сбежит из лаборатории».
НАСА профинансировало это исследование, чтобы «расширить [ые] объем структур, с которыми мы можем столкнуться как мы ищем жизнь в космосе ». По словам Лори Глейз из отдела планетологии НАСА, «Обнаружение жизни становится все более важной целью миссий НАСА по изучению планет, и эта новая работа [с ДНК хатимодзи] поможет нам разработать эффективные инструменты и эксперименты. это расширит рамки того, что мы ищем ". Руководитель исследовательской группы Стивен Беннер отмечает: «Тщательно проанализировав роль формы, размера и структуры в ДНК хатимодзи, эта работа расширяет наше понимание типов молекул, которые могут хранить информацию в внеземная жизнь в чужих мирах ».
По мнению исследователей, ДНК хатимодзи также может быть использована« для разработки чистой диагностики для болезней человека в цифровой ДНК хранение данных, штрих-кодирование ДНК, самособирающиеся наноструктуры и создание белков с необычными аминокислотами. Части этого ДНК hachimoji уже коммерчески производится Firebird Biomolecular Sciences LLC ».
