Vượt ra ngoài bốn chữ cái tự nhiên
Tất cả sự sống đã biết đều lưu trữ mã di truyền của mình bằng bốn chữ cái: A, T, C và G. Các nhà nghiên cứu tại Đại học California San Diego hiện đã chỉ ra rằng một trong những enzyme thiết yếu nhất của sinh học có thể đọc và sao chép chính xác một bảng chữ cái tám chữ cái, bao gồm bốn chữ cái không tồn tại trong tự nhiên. Nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu RNA polymerase từ vi khuẩn E. coli, enzyme sao chép DNA thành RNA. Trong các thí nghiệm được mô tả trên Nature Communications, enzyme đã nhận ra và phiên mã DNA chứa hai cặp base tổng hợp, gọi là P:Z và S:B, cùng với bốn cặp tự nhiên.
Enzyme xử lý các chữ cái mới như thế nào
Sử dụng hình ảnh cấu trúc, các nhà nghiên cứu đã chụp được các góc nhìn chi tiết về enzyme khi nó hoạt động. Các hình ảnh cho thấy RNA polymerase xác định các chữ cái tổng hợp bằng các tín hiệu sinh hóa và cấu trúc tương tự như các cặp base tự nhiên, điều này giúp giải thích tại sao nó có thể sao chép bảng chữ cái mở rộng một cách chính xác. Trong một nghiên cứu liên quan được công bố trên PNAS, cùng nhóm đã báo cáo rằng enzyme cũng có thể xử lý một cặp tổng hợp hoàn toàn thiếu liên kết hydro.
Mã tám chữ cái có thể làm gì
Phát hiện này ủng hộ một mục tiêu lâu dài trong sinh học tổng hợp: mở rộng ngôn ngữ của DNA để tế bào có thể mang thông tin mà tự nhiên chưa bao giờ viết. Các công trình trước đó đã sử dụng bảng chữ cái mở rộng để xây dựng các phân tử DNA tổng hợp có thể nhận diện tế bào ung thư gan. Các nhà khoa học cho rằng các hệ thống như vậy một ngày nào đó có thể tạo ra các phương pháp chẩn đoán, liệu pháp và cỗ máy sinh học được thiết kế mới, và có thể lưu trữ nhiều dữ liệu hơn trong DNA so với bốn chữ cái cho phép. Nhóm nghiên cứu cho biết bước tiếp theo là tìm hiểu liệu hệ thống tám chữ cái đầy đủ có thể hỗ trợ protein và các chức năng tế bào bình thường hay không, không chỉ việc sao chép.