DNA i jego kuzyn RNA przechowują informacje genetyczne i umożliwiają życie, jakie znamy - ale co, jeśli miliony mniej znanych chemikaliów mogłyby zrobić dokładnie to samo?
Nowe badanie sugeruje, że ponad milion podobnych chemicznie substancji może kodować informacje biologiczne w taki sam sposób, jak DNA. Nowe badanie, opublikowane 9 września w Journal of Chemical Information and Modeling, może wskazać drogę do nowych celów dla leków farmaceutycznych, wyjaśnić, jak życie ewoluowało najpierw na Ziemi, a nawet pomóc nam w poszukiwaniu form życia poza naszą planetą, autorzy napisał.
„To naprawdę ekscytujące rozważać potencjał alternatywnych systemów genetycznych… że mogły one powstać i ewoluować w różnych środowiskach, być może nawet na innych planetach lub księżycach w naszym Układzie Słonecznym”, współautor Jay Goodwin, chemik z Emory University , powiedział w oświadczeniu.
Zarówno DNA, jak i RNA, dwa znane rodzaje kwasów nukleinowych, zawierają bity chemiczne zwane nukleotydami, które łączą się w określonej kolejności i przekazują różne dane, w zależności od ich sekwencji, podobne do poszczególnych liter w jednym zdaniu. Niektóre naturalne i wytworzone przez człowieka cząsteczki naśladują podstawową strukturę DNA, ale do tej pory nikt nie próbował policzyć, ile takich podobieństw może istnieć, napisali autorzy.
„Istnieją dwa rodzaje kwasów nukleinowych w biologii”, powiedział współautor Jim Cleaves, chemik z Tokyo Institute of Technology. „Chcieliśmy wiedzieć, czy można jeszcze znaleźć, czy jeszcze milion”.
„Odpowiedź brzmi: wydaje się, że jest ich o wiele, wiele więcej niż oczekiwano” - powiedział Cleaves.
Autorzy zaprojektowali program komputerowy do generowania wzorów chemicznych dla cząsteczek podobnych do kwasu nukleinowego. W DNA nukleotydy łączą się w odrębne pary i łączą w linię, więc naukowcy upewnili się, że ich wygenerowane cząsteczki mogą tworzyć się w ten sam sposób. Ostatecznie ich program zgromadził ponad 1 160 000 różnych cząsteczek spełniających te podstawowe kryteria.
„Byliśmy zaskoczeni wynikiem tego obliczenia” - powiedział w oświadczeniu współautor Markus Meringer, chemik z niemieckiego centrum lotniczego w Kolonii. „Bardzo trudno byłoby z góry oszacować, że istnieje ponad milion rusztowań podobnych do kwasu nukleinowego. Teraz wiemy i możemy zacząć badać niektóre z nich w laboratorium”.
Mnóstwo podobieństw może wyjaśnić historię życia na Ziemi, zanim DNA i RNA zdominowały świat biologii. Teoretycznie ewolucja mogła przeprowadzić „przebiegi testowe” z niektórymi z tych innych cząsteczek przed osiedleniem się na kwasach nukleinowych jako najlepszych nośnikach danych genetycznych, sugerowali autorzy.
Dodali, że osoby wyglądające podobnie mogą również napędzać przyszłe osiągnięcia medyczne. Zgodnie z tym stwierdzeniem leki, które przypominają nukleotydy, są już stosowane do podważania niebezpiecznych wirusów i złośliwych komórek rakowych w ludzkim ciele. Dysponując biblioteką podobnych strukturalnie cząsteczek, twórcy leków mogą potencjalnie zaadaptować podobne do DNA DNA jako główną broń w walce z chorobami.
„To absolutnie fascynujące, że przy użyciu nowoczesnych technik obliczeniowych możemy natknąć się na nowe leki, szukając alternatywnych cząsteczek DNA i RNA, które mogą przechowywać informacje dziedziczne” - powiedział współautor Pieter Burger, biochemik z Emory University.
