Bazı Virüsler, Benzersiz Bir Genetik Alfabe İle Bakteri Savunmasını Engeller. Bazı bakteri öldüren virüsler, genetik talimatlarını farklı bir DNA alfabesinde yazarlar.
40 yıldan fazla bir süre önce, Rusya’daki bilim adamları, siyanofaj S-2L adı verilen bir bakteriyofaj türünün, genellikle A olarak bilinen DNA yapı taşı adenin yerine Z olarak adlandırılan 2-aminoadenin ile yer değiştirdiğini bildirdi. Ancak kimse fajın A’dan nasıl geçtiğini bilmiyordu. Z’ye veya neden.
On yıllarca süren meraktan sonra, iki bağımsız bilim insanı grubu, virüslerin Z’yi nasıl genetik talimatlarına dönüştürdüklerini keşfettiler ve bunu yapmalarının bir nedeni de, ekipler 30 Nisan’daki üç çalışmada Bilim.
Yale Üniversitesi’nden moleküler ve sentetik biyolog Farren Isaacs, bir yorumun ortak yazarı olan Farren Isaacs, bulguların yeryüzündeki yaşamın kökenleri, diğer gezegenlerde yaşam arayışı ve biyotıp, sentetik biyoloji, malzeme bilimleri ve hesaplamadaki çoklu potansiyel uygulamaları üzerinde etkileri olduğunu söylüyor. aynı sayısında Bilim. “Bu gerçekten temel bir keşif.”
1990’larda, o zamanlar Paris’teki Pasteur Enstitüsü’nde bir ksenobiyolog olan Philippe Marlière, siyanofajı olağandışı DNA ile tanımlayan 1977 Rus çalışmasına rastladığında “bildiğimiz hayattan farklı örnekler arıyordu”. Virüsün bir örneğini aldıktan sonra, Marlière ve meslektaşları fajın tüm genetik talimatlarını veya genomunu deşifre ettiler.
Virüsün genomunda, araştırmacılar, diaminopurin olarak da bilinen Z’nin yapımında ilk adımı gerçekleştirebilecek PurZ adlı bir enzim oluşturmak için talimatlar buldular. Pasteur Enstitüsü, 2003 yılında Marlière adına enzim için bir patent başvurusunda bulundu.
Elimizdeki enzimle, “Z’nin nasıl yapıldığı çok netleşti, ama biz yapmadık [do] haklı olduğumuzu kanıtlayacak herhangi bir deney, ”diyor şimdi Berlin’deki Avrupa Sentetik Bilimciler ve Sanayiciler Sendikası başkanı Marlière. Proje çeşitli nedenlerle durduruldu.
Araştırmacılar bulgularını şimdiye kadar yayınlamadılar, çünkü PurZ, Marlière’in aradığı enzim değildi. Bunun yerine, farklı bir enzim, adeninini reddeden ve bunun yerine Z ile DNA oluşturacak bir polimeraz bulmayı umduğunu söylüyor. “Çok çok hayal kırıklığına uğradım,” diyor, “çünkü özlediğim polimeraz o fajda tespit edilemedi.”
Doğrusu, bu fajın polimerazı aradığı şey değildi. Marlière’nin iş arkadaşı Pierre Alexandre Kaminski ve meslektaşları, siyanofaj S-2L’nin polimerazının A veya Z’yi kullanma konusunda seçici olmadığını keşfettiler. Bunun yerine, DatZ adlı başka bir viral enzim adenin yapı taşlarını parçalayarak polimerazın bir biyokimyacı olan Z’yi kullanmaktan başka çaresi kalmadı. Pasteur Enstitüsü’nde ve meslektaşları 23 Nisan’da Doğa İletişimi.
Marlière periyodik olarak PurZ’ye sahip olan ve bulunması zor seçici polimerazı içerebilecek diğer fajlar için genetik veri tabanlarını araştırdı. Sonra yaklaşık dört yıl önce, “Sonuçlar aldım. Ding Ding Ding! Ve ben sadece bir tane almadım. 12 aldım. Ve bingo, bu PurZ geninin hemen yanında, tahmin et ne oldu, bir polimeraz geni. Aha!”
Siphoviridae Araştırmacılar, çok çeşitli bakterileri enfekte eden bakteriyofajların hepsinin, virüslerin DNA’sına tercihen A yerine Z ekleyen DpoZ adı verilen polimeraz versiyonlarına sahip olduğunu bildirdi. Marlière enzim için patent başvurusunda bulundu.
Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi’nde sentetik bir biyolog olan Huimin Zhao, alternatif alfabenin daha önce düşünülenden çok daha yaygın olarak kullanılabileceğini söylüyor. Z içeren DNA’yı kullanan bakteriyofajı ilk kez birkaç yıl önce bir akşam yemeğinde duyduğunu hatırlıyor. Fransız bilim adamlarının hala bulmaca üzerinde çalıştıklarını bilmeden, aynı zamanda veri tabanlarını araştırdı ve her ikisinden de fajlar da dahil olmak üzere PurZ içeren 60 bakteriyofaj buldu. Siphoviridae ve Podoviridae aileler. Ekibi ayrıca fajların Z yapmak ve dahil etmek için kullandığı biyokimyasal yolu çalıştı ve A’yı parçalayan enzimler buldu.
Sırf fajlar enzimlere sahip oldukları için DNA’larında mutlaka Z kullanmazlar. Bu yüzden Çin’deki Zhao ve meslektaşları, SH-Ab 15497 adlı bir fajı seçti. Acinetobacter bakteri ve DNA alfabesinin de A yerine Z’ye sahip olduğunu doğruladı.
Zs ile Gibi Değiştirme
Fajların neden alışılmadık DNA ile uğraştığı hala bilinmiyordu. Bir hipotez, A’nın Z ile değiştirilmesinin, DNA’yı işgal eden fajlardan ayıran, kısıtlama enzimleri olarak bilinen bakteri savunma enzimlerine karşı bir önlem olduğudur. Zhao ve meslektaşları, bu tür enzimlerin Z bazlarını içeren DNA’yı tanımakta ve kesmekte zorlandığını ortaya çıkardı. “Faj, konakçı tarafından yok edilmekten kaçınmaya çalışıyor,” diyor. “Bu gerçekten faj için bir koruma mekanizmasıdır.”
Fla, Alachua’daki Uygulamalı Moleküler Evrim Vakfı’nda kimyager ve astrobiyolog olan Steven Benner, bunun aynı zamanda fajlar ve bakteriler arasındaki bitmeyen silahlanma yarışının bir parçası olduğunu söylüyor. Z veya diğer alternatif DNA bazlarını kullanan diğer fajların hala devam etmesi mümkündür. orada ol. “Dünyadaki bu yaşam formunu görmezden geldik çünkü moleküler araçlarımız onu aramamıza izin vermedi” diyor. “Bu adamların yaptığı şey, envanterimizde eksik olan bütün bir biyosferi keşfetmek oldu.”
Küresel ilaç ve biyoteknoloji şirketi Sanofi’nin Calif, La Jolla’daki sitesinde sentetik bir biyolog olan Floyd Romesberg, Z içeren fajların yeni yaşam biçimleri olup olmadığı tartışmalı (virüslerin canlı olup olmadığı konusundaki tartışmalardan bahsetmiyorum bile) diyor. hayatın ne olduğu ve ne olabileceği için yeni olasılıklar açtığını söylüyor.
Hayat tam olarak düşündüğümüz gibi değil. Hayatın GTAC olması gerekmez, ”diyor standart DNA alfabesinin dört harfine atıfta bulunarak. “Diyor ki, hayat daha çeşitli olabilir.”
Bu farkındalık, diğer gezegenlerde yaşam arayışını etkileyebilir (SN: 18 Nisan 2016). Bilim adamları genellikle şimdiye kadar bildiğimiz DNA temelleri olan guanin, timin, adenin ve sitozini aramaları gerektiğini varsayarlar. Ancak Benner, araştırmacıların belki de 2-aminoadenin, Z bazını aramaları gerektiğini söylüyor.
Sonuçta Z, A – T baz çiftlerini bir arada tutan iki hidrojen bağı yerine timinle üç hidrojen bağı oluşturur. Bu, Z – T eşleştirilmiş DNA’yı daha kararlı hale getirir ve potansiyel olarak geleneksel DNA’dan daha sıcak veya daha sert koşullara dayanabilir, diyor.
Romesberg, ekstra kararlılıkla, Dünya üzerindeki tüm organizmaların neden Z kullanmadığını merak edebilir. Kararlılık her şey değildir, diyor Romesberg. Kopyalanmak için DNA’nın çözülmesi ve parçalanması gerekir. Bunu Z – T baz çiftleriyle yapmak daha zor olabilir. Z aynı zamanda DNA’nın kıvrılma ve bükülme şeklini de değiştiriyor, belki de A içeren genetik materyalin yapabileceği gibi dar alanlara sığmayı zorlaştırıyor. Bu, A’yı diğer organizmalar için daha çekici hale getirebilir.
Ya da belki A’nın önce gelmesi bir kazaydı. Yıllardır bakterileri egzotik DNA bazlarıyla birleştirmek için çalışan Romesberg, hücreler bu tabanı kullanmaya başladıktan sonra, başka bir baza tamamen geçmek için çok fazla şeyin değişmesi gerektiğini söylüyor
Hücrelerin değiş tokuşu zorlaşır çünkü yeni bir DNA bazını barındırmak için değiştirilmesi gereken çok sayıda farklı parça vardır. Romesberg, virüslerin soyulmuş genomlarının daha esnek olduğunu söylüyor: Daha az makine taşıyorlar çünkü işin çoğunu konağa yaptırıyorlar. Z-faj bile Z’nin yapımında sadece ilk adımı atar ve tarifi bitirmek için birkaç ana enzime güvenir. Hücresel organizmaların da DNA’larına Z yazıp yazamayacakları hala bilinmemektedir.