Het genetisch alfabet krijgt twee nieuwe (synthetische) letters

Sinds het begin van het leven op deze planeet hebben vier letters alle biologische processen van elk organisme bestuurd dat ooit geleefd en gestorven is: A, C, T en G. Dit zijn de vier nucleotide basenparen die helpen bij het samenstellen van DNA en dicteren hoe een organisme eruit ziet, hoe het zich gedraagt ​​en wat zijn ecologische rol in de natuur is. (Er is ook U in plaats van T in RNA, voor alle genetische completisten die er zijn.)

Maar de tijden zijn veranderd. De opkomst van synthetische biologie betekent niet langer beperkt te blijven tot slechts vier letters om DNA te maken. Na tientallen jaren werk heeft Steven Benner, een organisch chemicus bij de Stichting voor Toegepaste Moleculaire Evolutie in Florida, de code eindelijk uitgebreid met nieuwe brievenbestellingen om hem in feite te verbeteren.En het resultaat is twee nieuwe, kunstmatig gemaakte nucleotiden: P en Z.

In twee onlangs gepubliceerde artikelen laten Benner en zijn collega's zien hoe P en Z in de helixstructuur van het DNA kunnen passen en helpen de natuurlijke vorm van genetisch materiaal te behouden. Sterker nog, DNA met P en Z gedraagt ​​zich en - belangrijker nog - evolueren net als normaal DNA. Benner's werk op P en Z wordt in groter detail beschreven Quanta Magazine.

Er is een praktisch probleem met de reden waarom het uitbreiden van het genetische alfabet van vier naar zes letters nuttig is. DNA helpt bij het coderen van aminozuren, die op miljoenen manieren samen kunnen worden geregen om eiwitten te maken die helpen ons te bouwen zoals we zijn en onze biologische processen vooruit helpen. Maar het huidige vierletterige alfabet codeert alleen voor 20 aminozuren. Een zesletterig alfabet zou echter 216 verschillende aminozuren kunnen coderen en voor exponentieel meer verschillende eiwitstructuren kunnen worden gebruikt.

Er zijn vele manieren waarop wetenschappers dit nieuwe zestal-alfabet "FrankenDNA" kunnen gebruiken voor genetische en medische doeleinden. Bennetts tweede artikel schetst hoe onze DNA-sequenties met P en Z selectief kunnen binden aan tumorcellen. Deze waarneming zou kunnen helpen bij het identificeren waar kankerweefsel zich in het lichaam kan bevinden. Het vermogen om nieuwere soorten eiwitten te synthetiseren, zou ook zeer nuttig kunnen zijn bij het oplossen van vele soorten onderzoeksvragen over biologie, en kan een fascinerend inzicht bieden in evolutionaire processen.

Het grootste nadeel is echter dat meer nucleotide letters grotere kansen creëren op fouten in het DNA. Het hebben van slechts vier verschillende nucleotiden beperkt het soort mutaties dat zou kunnen optreden en vermindert de kansen dat er een zeer ernstige of dodelijke mutatie zal ontstaan ​​enorm. Zelfs slechts twee extra soorten nucleotiden kunnen desastreus blijken te zijn in termen van DNA-reparatie en mutatiecontrole.

Hoe dan ook, dit zal zeker niet de laatste keer zijn dat we kunnen verwachten dat nieuwe nucleotiden hun weg vinden naar DNA. De synthetische biologie begint nog maar net van de grond te komen.