Группа американских ученых создала синтетическую молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты, в которую включили четыре новых азотистых основания в дополнение к четырем уже существующим. «Хатимодзи»-ДНК (восьмибуквенная ДНК) способна формировать двойную спираль и транскрибироваться в молекулы РНК, то есть она потенциально может нести в себе генетическую информацию. Статья о проведенном исследовании опубликована в журнале Science.

Специалисты синтезировали нуклеотиды («строительные блоки» ДНК) P, B, Z и S, которые содержат азотистые основания, подобные пуринам и пиримидинам в обычной ДНК. Между пуринами и пиримидинами образуются водородные связи, необходимые для формирования пар оснований, из которых состоит двойная цепь ДНК. Таким образом, S (пиримидин) связывается с B (пурин), и P (триазин) связывается с Z (пиридин) по принципу комплементарности подобно тому, как в обычной четырехбуквенной ДНК аденин связывается с тимином, а цитозин с гуанином.

Подтверждено, что «хатимодзи»-ДНК удовлетворяет основным требованиям для обеспечения дарвиновской эволюции, в том числе обладает предсказуемой термодинамической стабильностью вне зависимости от последовательности нуклеотидов. Например, замена пары синтетических оснований на другую пару не приведет к утрате свойств кристалла, то есть в ДНК могут происходить мутации, которые не лишают восьмибуквенную дезоксирибонуклеиновую кислоту свойства нести в себе генетическую информацию и, в теории, передавать ее по наследству.

Ученым также удалось транскрибировать «хатимодзи»-ДНК, то есть использовать ее в качестве матрицы для синтеза молекул хатимодзи-РНК. Сначала исследователи протестировали необходимый для этого фермент – РНК-полимеразу, выделенную из вируса бактериофага Т7 и способную подобрать каждому нуклеотиду в цепочке ДНК соответствующий по принципу комплементарности рибонуклеотид («строительные блоки» РНК).

Оказалось, что данный тип полимеразы не способен присоединять к растущей цепочке хатимодзи-РНК лишь рибонуклеотид S, соответствующий нуклеотиду B. Для решения этой проблемы исследователи перебрали несколько мутантных вариантов полимеразы и обнаружили, что один из них – полимераза FAL с тремя аминокислотными заменами – способна работать со всеми четырьмя новыми «буквами». Это позволило исследователям построить из хатимодзи-РНК флуоресцентный аптамер Spinach – короткую молекулу, способную связываться с молекулой DFHBI, заставляя ее испускать зеленый свет. Как пишут ученые, создание восьмибуквенной ДНК может оказаться полезным в различных направлениях синтетической биологии, а также расширяет представления о возможных биологических структурах у инопланетной жизни.