เอนไซม์ธรรมชาติอ่านและคัดลอกตัวอักษรดีเอ็นเอแปดตัวอักษรได้ การศึกษาพบ

เกินกว่าตัวอักษรธรรมชาติสี่ตัว

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่รู้จักเก็บรหัสพันธุกรรมด้วยตัวอักษรสี่ตัว: A, T, C และ G นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก ได้แสดงให้เห็นแล้วว่าเอนไซม์ที่จำเป็นที่สุดชนิดหนึ่งของชีววิทยาสามารถอ่านและคัดลอกตัวอักษรแปดตัวได้อย่างแม่นยำ รวมถึงสี่ตัวที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ

เกินกว่าตัวอักษรธรรมชาติสี่ตัว

ทีมวิจัยศึกษา RNA polymerase จากแบคทีเรีย E. coli ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่คัดลอกดีเอ็นเอเป็นอาร์เอ็นเอ ในการทดลองที่อธิบายใน Nature Communications เอนไซม์รู้จักและถอดรหัสดีเอ็นเอที่มีคู่เบสสังเคราะห์สองคู่ เรียกว่า P:Z และ S:B ควบคู่ไปกับสี่คู่ธรรมชาติ ตัวอักษรสังเคราะห์พอดีกับเกลียวคู่โดยใช้รูปแบบพันธะไฮโดรเจนทางเลือกในขณะที่รักษารูปทรงโดยรวมเดียวกันกับดีเอ็นเอธรรมชาติ

เอนไซม์รับมือกับตัวอักษรใหม่อย่างไร

ด้วยการใช้การถ่ายภาพโครงสร้าง นักวิจัยได้ภาพมุมมองโดยละเอียดของเอนไซม์ขณะทำงาน ภาพแสดงให้เห็นว่า RNA polymerase ระบุตัวอักษรสังเคราะห์ด้วยสัญญาณทางชีวเคมีและโครงสร้างเดียวกันกับที่ใช้สำหรับคู่เบสธรรมชาติ ซึ่งช่วยอธิบายว่าทำไมมันจึงสามารถคัดลอกตัวอักษรที่ขยายออกได้อย่างแม่นยำ ในการศึกษาที่เกี่ยวข้องซึ่งตีพิมพ์ใน PNAS กลุ่มเดียวกันรายงานว่าเอนไซม์ยังสามารถจัดการกับคู่สังเคราะห์ที่ขาดพันธะไฮโดรเจนโดยสิ้นเชิง

รหัสแปดตัวอักษรสามารถทำอะไรได้

การค้นพบนี้สนับสนุนเป้าหมายระยะยาวในชีววิทยาสังเคราะห์: การขยายภาษาของดีเอ็นเอเพื่อให้เซลล์สามารถเก็บข้อมูลที่ธรรมชาติไม่เคยเขียนไว้ งานก่อนหน้านี้ใช้ตัวอักษรที่ขยายเพื่อสร้างโมเลกุลดีเอ็นเอสังเคราะห์ที่สามารถรู้จักเซลล์มะเร็งตับ นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าระบบดังกล่าวในวันหนึ่งอาจผลิตการวินิจฉัย การบำบัด และเครื่องจักรชีวภาพที่วิศวกรรมขึ้นใหม่ และอาจทำให้สามารถเก็บข้อมูลในดีเอ็นเอได้มากกว่าที่ตัวอักษรสี่ตัวอนุญาต ทีมกล่าวว่าขั้นตอนต่อไปคือการเรียนรู้ว่าระบบแปดตัวอักษรเต็มรูปแบบสามารถรองรับโปรตีนและการทำงานของเซลล์ปกติได้หรือไม่ ไม่ใช่แค่การคัดลอก