Ara

DNA ve RNA’ları Bu Kadar Duymuşken XNA’ları Hiç Duydunuz Mu?



Dünyadaki tüm olası moleküllerden sadece ikisi, yaşamın büyük çeşitliliğinin temelini oluşturur: DNA ve RNA. Şunu biliyoruz ki bu nükleik asitler tek başına genetik bilgiyi saklayabilir ve iletebilirler. Tekrarlayan kıvrımlarında bu polimerler; her balina, karınca, çiçek, ağaç ve bakterinin maddelerini kodlar.


Ancak DNA ve RNA sadece bu rolleri oynasa da, bunu yapabilecek tek molekül değildir. MRC Moleküler Biyoloji Laboratuvarı'ndan Vitor Pinheiro, genetik bilgiyi depolayabilen ve doğal seleksiyon yoluyla gelişebilen XNA adı verilen ve hiçbiri doğada bulunmayan altı alternatif polimer geliştirdi. Bunlar, yaşamın kimyasını yeni keşfedilmemiş yönlerde genişleten “Sentetik Genetik” çağının bir parçasıdır.


DNA iki zincirli sarmal yapısından dolayı bükümlü merdivenlere benzer. Kenarları deoksiriboz (DNA'daki D) adı verilen 5 karbondan oluşan bir şeker zinciridir. Her şeker dört bazdan (adenin, sitozin, guanin ve timin) birine bağlanır ve bunlar merdivenin basamaklarını oluşturur ve A, C, G ve T harfleriyle gösterilir. RNA, üç önemli istisna dışında DNA ile benzerdir. Tipik olarak DNA'nın ünlü çiftinden ziyade tek bir sarmal olduğundan dolayı sadece yarım merdiven gibi görünür. DNA’da bulunan timin RNA’da urasil olarak bulunduğu için DNA “basamağı”ndaki T yerine RNA’da U “basamağı” bulunur. Ve RNA şekeri deoksiriboz şekerinden ziyade ribozdur.


Bu moleküllerin her ikisine de nükleik asitler denir. Pinheiro'nun Xna'ları da öyle, ama merdivenlerini farklı şekerler kullanarak yapıyorlar. Eğer deoksiriboz yerine arabinoz şekeri bbulunuyorsa, DNA yerine ANA olarak adlandırılır. Eğer sikloheksan rol oynarsa, CeNA olarak adlandırılabilir. Rol treoz’a giderse, TNA vb. alırsınız. Bu farklılıklar bir yana, tüm XNA'lar aynı bazları kullanır. Bunlardan herhangi biri tamamlayıcı bir DNA veya RNA ipliği ile eşleştirilebilir.


Yaşamın başlangıcını inceleyen ve çalışmaya dahil olmayan Harvard biyoloğu Jack Szostak,” Yaşamın kökeni açısından çok ilginçler " ifadelerinde bulunuyor. "Prensip olarak, birçok farklı polimer, canlı organizmalarda RNA ve DNA'nın rollerine hizmet edebilir. O zaman neden modern biyoloji sadece RNA ve DNA kullanıyor?” Alternatif, bazı nükleik asitlerin kendilerini kopyalamada veya diğer kimyasal reaksiyonları hızlandırmada daha iyi olabileceğidir. Szostak,” Phil'in çalışması, çok çeşitli sentetik nükleik asitlerin fonksiyonel yeteneklerini karşılaştırmayı kesinlikle mümkün kılacak " diyor.


Pinheiro, DNA'yı kopyalayan DNA polimeraz adı verilen doğal bir enzimi değiştirerek XNA’ları oluşturdu. Bir DNA parçasını okuyabilir, yakındaki bazları yakalar ve eşleşen bir ipliği birleştirir. Polimerazı kendi geninde serbest bırakırsanız, enzimin kendisinin daha fazla kopyasını yapmasını sağlayabilirsiniz. İşte zekice kısmı şu ki, DNA polimeraz normalde kaptığı bazlar hakkında çok titiz ve seçicidir. Sadece deoksiriboz şekeri bulunanları seçer, böylece diğer nükleik asitlerden ziyade DNA'yı toplar. Ancak Pinheiro enzimi geliştirdi, böylece Xna'larının yapı taşlarını kullanmayı tercih etti.


Farklı bir polimeraz havuzuyla başladı, hepsi biraz farklı ve hepsi kendi karşılık gelen genleriyle karıştırıldı. Daha sonra onlara XNA yapı taşları sağladı. Çeşitli enzimlerin bu havuzlarında, bazıları garip şeker omurgaları ile nükleik asitler inşa etmede daha iyiydi. Pinheiro bu alışılmadık derecede etkili polimerazları seçerek, XNA ipliklerini DNA'dan toplayabilen enzimleri hızla geliştirdi.


Ayrıca XNA'YI DNA'ya ters dönüştürebilen bir enzim yarattı. Tabii ki, hiçbir doğal enzim bunu yapmaya bile başlayamaz, bu yüzden evrim hilesi bu yönde işe yaramadı. Bunun yerine, Pinheiro daha kaba kuvvet yaklaşımı kullandı: farklı bir polimeraz aldı, rastgele mutasyona uğrattı ve XNA-DNA dönüşümünü yapabilecek versiyonları aradı.


Pinheiro, XNA ve DNA arasındaki bilgileri %95 veya daha fazla doğrulukla kopyalayabilen enzimleri sonuçlandırdı. Daha fazla çalışma ile, DNA'yı döngüden tamamen kesmek mümkün olmalıdır, böylece XNA’lar doğrudan XNA'lardan inşa edilebilir. Eğer bu mümkün ise, Szostak şunları söyledi, " Daha uzun vadede, bu doğal olmayan genetik polimerlerin bir veya daha fazlasına dayanan yeni yaşam formları tasarlamak ve inşa etmek mümkün olabilir.”


Bunun ipuçları zaten var. Ekip şimdiye kadar FANA’dan FANA, CeNA'dan CeNA ve hatta CENA'DAN HNA'YI kopyalamayı başardı. Bununla birlikte, tüm bu adımlar DNA ile çalışmaktan çok daha az etkiliydi. Ancak Holliger, orta adamı terk etmenin çok az yararı olacağını söylüyor, çünkü “DNA'dan geçmek uygun.” Bunun nedeni, tüm genetik teknolojimizin standart nükleik asitlerimize yönelik olmasıdır. Sadece XNA deneylerine doğru hareket edersek, sıralama araçlarımızı ve klonlama tekniklerimizi de eşleştirmek zorunda kalırdık.


Son Derece Güçlüler


Doğal dünyada, DNA ve RNA birçok tehlikeyle kuşatılmıştır. Asitler bazı basamaklarını kırabilir ve birçok enzim omurgalarını kolayca kesebilir. Ancak XNA'ların böyle bir sorunu yok. Doğal olmayan doğası onları enzimlere, aşırı pH değerlerine ve diğer zorlu koşullara karşı zarar görmez, yaralanmaz kılar. "Çivi kadar sertler. Tüm New England Biolabs kataloğunu onlara attık,” diyor Holliger, büyük bir kimyasal reaktif kataloğuna atıfta bulunuyor. Bu özellikler, XNA'ların belirli uygulamalar için çok uygun olduğu anlamına gelir.


Bu yeni çalışma, genetik bilgi taşıyan moleküllerin paletini genişletmeye yönelik birçok girişimden sadece biridir. Merdivenin her parçası, tabandan şekere kadar değişiklikler için hazır. Örneğin, Uygulamalı Moleküler Evrim Vakfı'ndan Steve Benner, mevcut A, G, C ve T dörtlüsüne iki yeni baz – Z ve P ekleyen bir polimer yarattı. “Daha yüksek bilgi yoğunluğuna izin veriyor” diyor. Holliger,” bu sadece bir başlangıç " diyor. “Daha farklı kimyaya ulaşmaya çalışacağız.”


Kısaca toparlayacak olursak Kseno nükleik asitler (XNA), doğal nükleik asit DNA ve RNA'dan farklı bir şeker omurgasına sahip sentetik nükleik asit analoglarıdır. 2011 itibariyle, en az altı tür sentetik şekerin, genetik bilgiyi depolayabilen ve geri alabilen nükleik asit omurgaları oluşturduğu gösterilmiştir. XNA'yı dönüştürmekte kullanılan sentetik polimerazları oluşturmak için araştırmalar yapılmaktadır. Üretim ve uygulama çalışması, ksenobiyoloji olarak bilinen bir alan yaratmıştır.

Genetik bilgi hala dört kanonik baz çiftinde saklansa da (diğer nükleik asit analoglarının aksine), doğal DNA polimerazlar bu bilgiyi okuyup kopyalayamaz ve çoğaltamaz. Bu nedenle, XNA'da depolanan genetik bilgi "görünmezdir" ve bu nedenle doğal DNA tabanlı organizmalar için faydasızdır.





Kaynak:

Orijinal Metin: https://www.nationalgeographic.com/science/article/synthetic-xna-molecules-can-evolve-and-store-genetic-information-just-like-dna

https://tr.wikipedia.org/wiki/Kseno_n%C3%BCkleik_asit