מחקר חדש: מדענים גרמו לאנזים תאי לקרוא DNA של שמונה "אותיות" במקום ארבע

חוקרים הראו כי RNA-פולימראז חיידקי – האנזים שקורא את המידע הגנטי מה-DNA – מסוגל לעבוד לא רק עם ארבע ה"אותיות" הטבעיות של האלפבית הגנטי, אלא גם עם מערכת מלאכותית של שמונה נוקלאוטידים. העבודה של קבוצה בינלאומית בהובלת מדענים מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו פורסמה בכתב העת Nature Communications.

כל צורות החיים הידועות על פני האדמה שומרות את המידע הגנטי בעזרת ארבעה בסיסים – אדנין (A), תימין (T), גואנין (G) וציטוזין (C). במערכת המלאכותית Hachimoji נוספו להם ארבעה בסיסים נוספים – P, Z, B ו-S, היוצרים שני זוגות נוספים. בעבר הוכח כי DNA כזה, בן שמונה אותיות, יכול באופן עקרוני להתקיים ולהיות מועתק, אך נותרה השאלה אם מנגנון השעתוק התאי המורכב יוכל לקרוא אותו.

בניסויים החדשים זיהה RNA-פולימראז של החיידק Escherichia coli נכון את הזוגות המלאכותיים P:Z ו-B:S ושילב את הנוקלאוטידים המלאכותיים המתאימים ב-RNA שנוצר. בעזרת מיקרוסקופיה קריו-אלקטרונית קיבלו המדענים מבנים של הקומפלקס ברזולוציה של 2.42-2.75 אנגסטרם וגילו שהאנזים מתייחס לבסיסים המלאכותיים כמעט באותו אופן שבו הוא מתייחס לזוגות ה-DNA הטבעיים. עבור אחד הבסיסים יצרו החוקרים גם גרסה מותאמת, Z*, שמקטינה את הסיכוי להזדווגות שגויה.

המחברים מדגישים כי בשלב זה אין מדובר ביצירת אורגניזם חי בעל גנום בן שמונה אותיות. המחקר מדגים את האפשרות לשעתק DNA מלאכותי במערכת מעבדתית; השלב הבא, המורכב בהרבה, הוא ללמוד לתרגם את הקוד הגנטי המורחב לחלבונים.

הרחבת האלפבית הגנטי מאפשרת, פוטנציאלית, ליצור מולקולות DNA ו-RNA בעלות מגוון כימי גדול בהרבה מזה הקיים בטבע. מערכות כאלה עשויות לשמש בפיתוח מולקולות אבחון חדשות, תרופות ומערכות ביולוגיות מלאכותיות. בעבר שימשו אלפביתים מורחבים ליצירת מולקולות DNA סינתטיות המסוגלות לזהות תאי סרטן כבד.