DNA اطلاعات حیات روی کره‌زمین را با ۴ واحد شیمیایی در خود ذخیره می‌کند، آدنین سیتوزین، گوانین و تیمین که به ترتیب با T،G،C،A نشان داده می‌شوند. هم‌اکنون دانشمندان تعداد این واحدهای سازنده حیات را دوبرابر کرده‌اند و برای اولین بار یک زبان ژنتیکی ۸ حرفه خواهیم داشت که همانند DNA عادی می‌تواند اطلاعات را انتقال دهد یا ذخیره کند.
در مطالعه‌ای که در ۲۲ فوریه در ژورنال Science به چاپ رسیده، کنسرسیومی از محققان به رهبری Steven benner، که بنیان‌گذار موسسه تکامل مولکولی کاربردی در Alachua فلوریدا می‌باشد، الفبا ژنتیکی توسعه‌یافته از لحاظ تئوری می‌تواند پشتیانی موثری از حیات زمین نیز بکند.
Floyd Romesberg بیولوژیست فعال در زمینه شیمی که در انستیتو تحقیقانی Scripps حاضر در La Jolla کالیفرنیا فعالیت می‌کند، می‌گوید:
این یک لندمارک واقعی و دستآوردی اساسی می‌باشد.
Rosemberg در ادامه می‌افزاید که هیچ مورد جادویی یا عجیبی در مورد این ۴ ماده شیمیایی که بر روی زمین ایجاد گشته‌اند، وجود ندارد.
به طور عادی، هنگامی که یک جفت از رشته‌های DNA به دور همدیگر با فرم Double Helix پیچ می‌خورند. مواد شیمیایی موجود در هر رشته جای مخصوص در روبه‌روی خودرا می‌گیرند: A با T و C با G متصل می‌شود.
دانشمندان به مدت طولانی سعی داشتند تا از این مواد شیمیایی جفت‌شده موسوم به باز ها را به کد ژنتیکی جانداران اضافه کنند.به عنوان مثال Benner در سال ۱۹۸۰ بازهای غیر طبیعی را سنتز کند. پیرو ابداعات قبلی، آزمایشگاه Romesberg نیز با وارد کردن بازهای غیرطبیعی به سلول‌های زنده در سال ۲۰۱۴ در تیتر اخبار جهان آن روز قرار گرفتند.
اما تحقیقات اخیر برای اولین بار نشان می‌دهند که به طور سیستماتیک بازهای غیرطبیعی همدیگر را تشخیص می‌دهند و به هم متصل می‌شوند. همچنین Double Helix ای که تشکیل می‌دهند همانند DNА عادی پایدار می‌ماند.
تیم Benner که اعضای آن از کمپانی‌ها و انستیتوهای مختلف در سراسر ایالات متحده تشکیل شده‌است، باز های جدید را با تابیدن باز های عادی سنتز کرده‌اند.جفت‌بازها به وسیله پیوند هیدروژنی با هم جفت می‌شوند. هر کدام از آن‌ها دارای اتم هیدروژن بوده که به نیتروژن یا اکسیژن باز روبه‌رویی متصل می‌شوند. Benner این فرآیند را همانند اتصال تکه‌های لگو به هم می‌داند که برجستگی‌ها و فرورفتگی‌های قطعات باید با هم چفت باشد.
این تیم تحقیقاتی با دستکاری همین برجستگی‌ها و فرورفتگی‌ها جفت‌بازهای جدیدی را ارائه داده‌اند. این جفت‌ها شامل جفت S و B و جفت دیگرPو Z نام دارد.در آخرین مقاله‌ای که ارائه داده‌اند، توضیح داده‌اند که چگونه این بازهای سنتزشده را با بازهای عادی به هم متصل کرده‌اند. دانشمندان این زبان جدید ۸ حرفی را hachimoji نامیده‌اند که از دو کلمه ژاپنی معادل “هشت” و “حرف” تشکیل شده‌است. این بازهای اضافه شده از لحاظ شکل ظاهری شبیه انواع عادی آن است اما در الگوهای اتصال آن تغییراتی دیده می‌شود.
این محققان با انجام یک سری آزمایش نشان داده‌اند که مراحل سنتز آن‌ها مشابه نمونه‌های طبیعی آن‌هاست و برای ادامه حیات ضروری می‌باشد.
بازیابی داده‌ها
DNA به عنوان یک سیستم ذخیره اطلاعات موظف است تا از قوانین پیش‌بینی شده‌ای پیروی کند. در وهله اول این بازها همانند همتایان عادی خود با یکدیگر در فرم جفت‌شده به هم متصل می‌شوند. آن‌ها شدها مولکول DNA سنتزی را تولید کردند که به الگو اتصال آن‌ها از قبل قابل پیش‌بینی است.
سپس آن‌ها نشان دادند که ساختار Double Helix باز های سنتزی صرف‌نظر از اینکه با چه ترتیبی قرار بگیرند، پایدار می‌ماند. این مورد در تکامل حیات مهم است چون برای ایجاد گوناگونی در حیات باید ترتتیب بازها در DNA باید بدون به هم خوردن ساختمانش تغییر یابد. این تیم با استفاده از پراش X-Ray نشان داد که با وجود سه ترتیب مختلف در بازها، ساخمان کریستالی شکل کلی خود را حفظ می‌کند.
Philipp Holliger بیولوژیست سنتزی از آزمایشگاه بیومولکولی MRC در کمبریج می‌گوید که این یک پیشرفت بنیادی است چون سایر متودهای توسعه الفبای ژنتیکی به اندازه کافی سازمان‌یافته نیستند. به جای ترکیبات شیمیایی که از پیوند هیدروژن برای اتصال به یکدیگر استفاده می‌کنند، روش‌های دیگر از ترکیبات آب‌گریز برای باز های خود استفاده می‌کنند. این ترکیبات را می‌توان لابه‌لای ترکیبات طبیعی استفاده کرد، اما در صورتی که کنارهم قرار بگیرند ساختمان کلی DNA از هم می‌پاشد.
در آخر این تیم نشان داد که این DNA سنتزی می‌تواند به RNA تبدیل شود. Benner می‌گوید:
صرفا توانایی ذخیره اطلاعات برای تکامل حیات زیاد پرکاربرد نیست. این اطلاعات باید بتواند در مولکول‌هایی که کارآیی لازم را دارند، ذخیره شوند.
تبدیل DNA به RNA گامی مهم در امر ترجمه اطلاعات ژنتیکی به پروتئین‌ها، نیروی محرکه حیات، می‌باشد.اما برخی توالی‌های RNA مانند aptamer ها می‌توانند خودشان را به مولکول‌های خاصی بچسبانند.
تیم مذکور DNA سنتزی را ساخت که Aptamer خاصی را کد می‌کند و بعدا تایید شد که رونویسی انجام شده و توالی RNA به درستی کار می‌کند.
Holliger می‌گوید که این کار یک آغاز مهیجی است اما فاصله قابل توجهی برای رسیدن ما به یک زبان ژنتیکی ۸حرفه وجود دارد. مثلا یک سوال کلیدی در این مورد این است که آیا پلیمرازها می‌توانند این توالی‌هارا تکثیر دهند. این سوال برای متود Romesberg نیز مطرح شده‌است که از بازهای آب‌گریز استفاده می‌کند.
گوناگونی حیات
با این حال، Benner می‌گوید این کار ما نشان می@دهد که وجود حیات با بازهای سنتزی و جدا از آن‌هایی که قبلا می‌شناخته‌ایم وجود دارد که این موضوع می‌تواند با موضوع وجود حیات در خارج از زمین نیز مرتبط باشد.
با وجود تنوع زیاد در واحدهای سازنده حیات، دانشمندان بالقوه می‌توانند توالی‌های DNَََA و RNA ای را بسازند که کارها را بهتر از همتایان خود که با ۴ حرف استاندارد قبلی ساخته‌شده‌بودند، انجام دهند، مثل کارکردهایی که فراتر از ذخیره ژنتیکی جانداران است.
برای مثال گروه Benner قبلا ثابت کرده‌بودند که توالی‌های DNA ای که بازهای Z و P را دارند، در اتصال سلول‌های سرطانی به یکدیگر نقش موثرتری را نسبت به توالی‌های با حروف استاندارد دارند. همچنین Benner شرکتی را راه انداخته‌است که DNA سنتزی را در استفاده از تشخیص‌های پزشکی تبلیغ می‌کند.
محققان به صورت بالقوه می‌توانند از DNA سنتزی برای ایجاد پروتئین‌ها و به دنبال آن RNA های نو استفاده کنند. همچنین تیم Benner روی جفت‌بازهای جدیدی کار می‌کنند که احتمال ایجاد یک الفبای ۱۰ الی ۱۲ حرفی را بالا می‌برد. به هر حال توسعه یافتن یک الفبای ۸ حرفی نیز به نوبه خود پیشرفت قابل‌توجهی است.
