EVOLUTION SEEN IN ‘SYNTHETIC DNA’. (comentado)

Researchers have succeeded in mimicking the chemistry of life in synthetic versions of DNA and RNA molecules.

Molecules called polymerases help to faithfully copy the genetic information stored in single strands of DNA.

The work shows that DNA and its chemical cousin RNA are not unique in their ability to encode information and to pass it on through heredity.

The work, reported in Science, is promising for future “synthetic biology” and biotechnology efforts.

It also hints at the idea that if life exists elsewhere, it could be bound by evolution but not by similar chemistry.

In fact, one reason to mimic the functions of DNA and RNA – which helps cells to manufacture proteins – is to determine how they came about at the dawn of life on Earth; many scientists believe that RNA arose first but was preceded by a simpler molecule that performed the same function.

However, it has remained unclear if any other molecule can participate in the same unzipping and copying processes that give DNA and RNA their ability to pass on the information they carry in the sequences of their nucleobases – the five letters from which the genetic code is written.

There is nothing ‘Goldilocks’ about DNA and RNA – there is no overwhelming functional imperative for genetic systems or biology to be based on them”

Philipp HolligerMedical Research Council

The classic double-helix structure of DNA and RNA are like a twisted ladder, where the steps are made from paired nucleobases.

Philipp Holliger of the UK Medical Research Council’s Laboratory of Molecular Biology and a team of colleagues created six different DNA- and RNA-like molecules – xeno-nucleic acids, or XNAs – by replacing not the nucleobases but the sugar groups that make up the sides of the ladder.

“There’s a lot of chemisty that seeks to build alternative nucleic acids, and people have been modifying the bases, the sugars and the backbone, but what we were focusing on was the type of nucleic acid or polymers that would retain the ability to communicate with the natural DNA,” Dr Holliger explained in an interview for the Science podcast.

Because the nucleobases themselves were the same as those of DNA and RNA, the resulting molecules were able to join with their natural counterparts.

The effect is similar to work recently published in Nature Chemistry, showing that another sugar-substituted DNA analogue could be made to pair up with DNA itself.

But the crucial point in creating a full “synthetic genetics” is a set of nucleic acids like DNA and RNA that can not only carry genetic information, but would also allow it to be changed and passed on – evolution and heredity.

That requires a set of helper molecules called polymerases, which, once DNA or RNA “unzip” and expose their genetic information, help create new DNA molecules from those instructions.

Dr Holliger and his colleagues have developed polymerases that efficiently transcribe the code of their synthetic DNA to natural DNA and then from that back to another synthetic DNA.

The process of evolution was encouraged in the lab; one of their DNA analogues was designed to cling to a particular protein or RNA target, those that failed to do so were washed away.

The work’s key advance is the polymerase molecules that guide the copying process.

As successive copies of those that stuck were made, variations in the genetic code – and the resulting structure the molecules took on – led to ever more tightly attached XNAs.

“We’ve been able to show that both heredity – information storage and propagation – and evolution, which are really two hallmarks of life, can be reproduced and implemented in alternative polymers other than DNA and RNA,” Dr Holliger explained.

“There is nothing ‘Goldilocks’ about DNA and RNA – there is no overwhelming functional imperative for genetic systems or biology to be based on these two nucleic acids.”

In an accompanying article in Science, Gerald Joyce of the Scripps Research Institute wrote that “the work heralds the era of synthetic genetics, with implications for exobiology (life elsewhere in the Universe), biotechnology, and understanding of life itself”.

But the work does not yet represent a full synthetic genetics platform, he pointed out. For that, a self-replicating system that does not require the DNA intermediary must be developed.

With that in hand, “construction of genetic systems based on alternative chemical platforms may ultimately lead to the synthesis of novel forms of life”.

Fonte: The Guardian

.

Resenha do autor

Os investigadores têm conseguido imitar química da vida em versões sintéticas de moléculas de DNA e RNA.

O trabalho mostra acima mostra que tanto o DNA quanto o RNA que são quimicamente semelhantes não são únicos em sua capacidade de codificar a informação e transmiti-la a próxima geração.

O trabalho publicado na revista Science também aponta para a idéia de que então possa existir vida em outros lugares, podendo estar sujeita a evolução.

Muitos cientistas acreditam que o RNA surgiu anteriormente ao DNA. E que antes mesmo do RNA existiu uma molécula auto-replicadora mais simples que realizou a mesma função.

Se outra molécula pode participar da mesma descompactação e copiar processos que dão DNA e RNA então elas também podem transmitir a informação que carregam nas sequências de suas bases nitrogenadas.

As estruturas do DNA e RNA que tem uma estrutura de dupla hélice são formadas a partir de pentoses e bases nucleares que convivem emparelhadas.

O pesquisador Philipp Holliger do laboratório Medical Research Council de Biologia Molecular e uma equipe de colegas criaram seis DNAs e diferente RNAs com moléculas xenoácidos nucleicas, ou simplesmente XNAs substituindo os grupos de açúcar que compõem os lados da hélice.

A ideia foi construir alternativas para os ácidos nucléicos e de fato os pesquisadores foram modificando os açúcares da espinha dorsal da molécula buscando polímeros que mantenham a mesma capacidade de se comunicar com o DNA natural.

Um trabalho recentemente publicado na revista Nature Chemistry, mostrou que outros tipos de açúcar podem ter substituído analogamente o DNA e poderia até emparelhar-se com ele.

Mas o ponto crucial na criação de um completo da genética sintética é encontrar polímeros homólogos e que também permitam sofrer variações e estar sujeito a evolução.

Isso exige um conjunto de moléculas auxiliares que ajude o DNA a se abrir e criar novas moléculas a partir dessas instruções. A replicação pela fita molde.

Dr Holliger desenvolve alguns tipos de polimerase que transcrevem de forma eficiente o código de seu DNA sintético para DNA natural e depois de volta para o sintético.

O processo de evolução foi estimulado em laboratório. Uma das moléculas sintéticas de DNA foi desenhada para se fixar a uma determinada proteína ou RNA alvo.

Como cópias sucessivas daqueles que se prende foram feitas as variações no código genético e a estrutura resultante das moléculas assumiu os XNAs cada vez com mais coesão.

Com isso eles mostraram que tanto a hereditariedade quanto e evolução são realmente dois marcos da vida e podem ser reproduzidos e alterados artificialmente com polímeros alternativos.

De fato, ressalta a nova tendência do desenvolvimento da genética sintética tendo implicações fundamentais no estudo da exobiologia e compreensão da própria vida.
Em dezembro de 2010, o Instituto de Astrobiologia da Nasa anunciou a descoberta de uma bactéria em um lago na Califórnia. A bactéria classificada como GFAJ-1 supostamente teria seu DNA constituído por arsênico.

As conclusões a que chegou o grupo da Nasa foram também publicadas na revista Science e pareciam bem fundamentada,

Embora o arsênico tem realmente a capacidade de substituir fósforo da molécula de DNA essa é uma possibilidade remota (VITA ALL’ARSENICO ATTO SECONDO: PIÙ NO CHE SÌ).

O arsênico não funciona exatamente como o fosfato apesar de ambos serem quimicamente muito similares. O DNA com arsênico pode ser construído, mas como é bem conhecido pela ciência não garante estabilidade nas ligações químicas. O arsênico fosforilado degrada-se muito rapidamente e de forma espontânea.

O arsênico foi retomado na questão evolutiva e da origem da vida mas embora ele estivesse bastante presente na crosta da Terra a bilhões de anos atrás é ainda muito menos abundante do que o fósforo. Por essa razão os sistemas vivos traçaram seu caminho evolutivo usando moléculas que são estáveis.

Há de fato a possibilidade de o arsênico ser usado ao invés de fósforo mas mesmo em situações muito limitadas não teria particular relevância do ponto de vista evolutivo.

No ano passado um estudo feito no nematódeo Caenorhabditis elegans, modificou o código genético deste animal levando-o a sintetizar moléculas biológicas que não são conhecidas naturalmente (CIENTISTAS CRIAM INFORMAÇÃO ARTIFICIAL EM CÓDIGO GENÉTICO DE ANIMAL).

Apenas 20 aminoácidos são utilizados nos organismos vivos naturais que são reunidos em diferentes combinações para fazer dezenas de milhares de proteínas diferentes, necessárias para sustentar a vida.

O que os pesquisadores fizeram foi reestruturar as máquinas biológicas do verme para incluir um 21º aminoácido, não encontrado na natureza. Eles não só mudaram o DNA mas especialmente um códon (por isso dizemos que o código genético foi mudado) que levou a síntese desse novo aminoácido que resultou em proteínas inéditas.

Os pesquisadores conseguiram atribuir a esse códon de modo que as células liam a palavra como uma instrução para incorporar um aminoácido não natural.

Isso já havia sido feito em bactérias Escherichia coli e agora se estendeu para o mundo animal.

 .

Scritto da Rossetti

Palavra chave: NetNature, Rossetti, Genética sintética, DNA, RNA XNA, Exobiologia, Origem da vida, Arsênico, Nematódeo.

Deixe uma resposta

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s