لأول مرة يتمكن الباحثون من صناعة حمض نووي DNA مكون من 8 أحرف

قد يكون للأرض مجموعة مذهلة من أشكال الحياة، لكن علم الأحياء الخاص بنا يظل في نهاية المطاف نقطة بيانات فردية – فنحن ببساطة لا نملك مرجعًا للحياة استنادًا إلى الحمض النووي المختلف عن الحمض النووي الخاص بنا. الآن، أخذ العلماء الأمور على عاتقهم لدفع الحدود على ما يمكن أن يكون عليه شكل الحياة.

لقد أدت الأبحاث التي تمولها وكالة ناسا وقادتها مؤسسة التطور الجزيئي التطبيقي في الولايات المتحدة إلى خلق نكهة جديدة تمامًا من الحلزون المزدوج للحامض النووي DNA، وهو يحتوي على أربع قواعد نوكليوتيد إضافية.

يتم تسميته بـ DNA hachimoji (من الكلمات اليابانية لـ “ثمانية أحرف”) ويشتمل على زوجين جديدين لإضافتهما إلى الشراكات القائمة من الأدينين (A) المقترنة مع الثايمين (T)، و Guanine (G) مع السيتوسين (C).

هذا العمل للتوسع في الوصفة الوراثية للطبيعة قد يبدو مألوفًا بعض الشيء. وقد نجح نفس العلماء في الضغط على رسالتين جديدتين في عام 2011. وفي العام الماضي فقط، تم إنتاج نسخة أخرى من الأبجدية الموسعة، التي تضم أيضًا ستة أحرف، للعمل داخل كائن حي.

الآن، في ما قد يبدو وكأنه حالة من الزيادة، عاد الباحثون إلى لوحة الرسم لتطوير المزيد من النيوكليوتيدات غير القياسية.

لديهم غرض لمضاعفة عدد الرموز في كتاب الوصفات.

يقول الكيميائي ستيفن بينر: “من خلال تحليل دقيق لأدوار الشكل والحجم والبنية في دنا hachimoji، فإن هذا العمل يوسع فهمنا لأنواع الجزيئات التي قد تخزن المعلومات في الحياة خارج كوكب الأرض على عوالم غريبة”.

نحن بالفعل نعرف الكثير عن استقرار ووظائف الحمض النووي “الطبيعي” في إطار مجموعة من الظروف البيئية، ونستغل ببطء بعض السيناريوهات المحتملة التي تصف تطوره من مواد عضوية أبسط إلى كيمياء حية.

ولكن لكي نحصل على فكرة جيدة عن كيفية تطور النظام الجيني، فنحن بحاجة إلى اختبار حدود كيميائه الأساسية.

بالتأكيد يسمح Hachimoji DNA لذلك. وتستند الرموز الجديدة، المسماة P، B، Z و S، على نفس النوع من الجزيئات النيتروجينية مثل الموجودة الأربعة الأساسية، وتصنف على أنها بيورينات وبيريميدينات.

وبالمثل، فإنها ترتبط من خلال الروابط الهيدروجينية لتشكيل أزواج قواعدها الخاصة – S الرابطة مع B، و P مع Z.

هذا هو المكان الذي تختفي فيه أوجه التشابه. هذه “الحروف” الجديدة تقدم العشرات من المعلمات الكيميائية الجديدة إلى بنية اللولب المزدوج التي من المحتمل أن تؤثر على كيفية حلها وارتباطها.

من خلال تصميم النماذج التي تتنبأ باستقرار الجزيء ومن ثم مراقبة البنى الفعلية المصنوعة من هذا الدنا “الغريب”، يكون الباحثون أفضل توقعا لما هو مهم حقًا عندما يتعلق الأمر بأساسيات القالب الجيني.

قام الباحثون ببناء المئات من حلزونات hachimoji تتكون من تشكيلات مختلفة من القواعد الطبيعية والاصطناعية، ثم تعرضهم لمجموعة من الظروف لمعرفة مدى صلابتهم.

في حين كانت هناك بعض الاختلافات الطفيفة في كيفية تصرف الحروف الجديدة، لم يكن هناك أي سبب للاعتقاد بأن دنا hachimoji لن يعمل بشكل جيد كقالب يحمل معلومات يمكن أن يتحور ويتطور.

لم يُظهر الفريق فقط أن أحرفه الاصطناعية يمكن أن تساهم في رموز جديدة دون التفكك السريع، وإنما أظهرت هذه الحلزونات الجديدة قدرتها على الترجمة أيضًا إلى إصدارات RNA الاصطناعية.

إن شكل الحمض النووي الجديد هو خطوة نحو تحديد ما يمكن أن تكون عليه كيمياء الكائنات الحية – وربما لا – مثل أي مكان آخر في الكون.

يقول لوري جلاز، مدير قسم علوم الكواكب في وكالة ناسا، إن “اكتشاف الحياة هو هدف متزايد الأهمية لبعثات وكالة ناسا، وسوف يساعدنا هذا العمل الجديد على تطوير أدوات وتجارب فعالة من شأنها توسيع نطاق ما نبحث عنه”.

إن إنشاء قواعد جديدة يمكن أن تعمل إلى جانب الحمض النووي الخاص بنا لديه أيضًا تطبيقات أقرب إلى المنزلية، ليس فقط كطريقة لإعادة برمجة الحياة باستخدام قاعدة شفرة مختلفة، ولكن في جهدنا لبناء أنواع جديدة من البنى النانوية.

السماء في الحقيقة ليست محددة مع الحمض النووي التركيبي. هذا سوف يأخذنا إلى النجوم والعودة مرة أخرى إلى الأرض.

ترجمة: حسام عبدالله

المصادر: 1

المزيد