Ksenonukleorūgštis

Ksenonukleorūgštis (XNR) – biopolimeras, sintetinė alternatyva gamtinėms nukleorūgštims (DNR ir RNR). Nuo 2011 m. buvo rasti bent šeši skirtingi monosacharidai, galintys suformuoti nukleorūgšties pagrindą. Šiuo metu mėginama sukurti sintetines polimerazes, kurios gebėtų kopijuoti XNR. Mokslo sritis, nagrinėjanti XNR gavimą ir pritaikymą, vadinama ksenobiologija.

Nors genetinė informacija XNR yra sudaryta iš keturių pagrindinių nukleotidų, gamtinė DNR polimerazė nesugeba jos perskaityti ir replikuoti. Taigi genetinė informacija, saugoma XNR yra „nematoma“ ir todėl nenaudinga natūraliems organizmams, naudojantiems DNR.

Istorija

DNR struktūra buvo nustatyta 1953 m. ir daugelis mokslininkų tuomet manė, jog tokiu būdu buvo visiškai suprasti cheminiai gyvybės pagrindai. Tačiau apie 2000 m. mokslininkams pavyko sukurti egzotinių, į DNR panašių struktūrų. XNR yra sintetinis polimeras, kuris gali saugoti tą pačią informaciją kaip ir DNR, bet nuo jos skiriasi molekuline sudėtimi. Pirma raidė „X“ žymi žodį „kseno“, kuris reiškia „svetimas“, taip pažymint XNR skirtumą nuo natūraliai egzistuojančių DNR ir RNR. Šiuo metu yra sukurti fermentai – polimerazės, gebantys kopijuoti XNR nuo DNR šablono ir atvirkščiai. Visai neseniai biologai Philipp Holliger ir Alexander Taylor, abu iš Kembridžo universiteto, sukūrė XNRzimus – analogus ribozimams. Tai rodo, kad XNR geba ne tik saugoti paveldimąją informaciją, bet taip pat ir katalizuoti chemines reakcijas, o tai padidina tikimybę, kad kažkur galėjo išsivystyti nežemiška gyvybė, paremta ne DNR ir RNR.

Struktūra

Šiame paveikslėlyje pavaizduoti gamtinių nukleorūgščių (viršuje) ir XNR galimi pagrindai (apačioje).

DNR ir RNR vijos yra suformuotos iš ilgų nukleotidų grandinių. Nukleotidas yra sudarytas iš trijų pagrindinių sudedamųjų dalių: fosfato, cukraus molekulės, iš penkių anglies atomų (deoksiribozės, žymima „D“ DNR sudėtyje, arba ribozės, žymima „R“ RNR sudėtyje), ir vienos iš penkių azotinių bazių (adenino, guanino, citozino, timino arba uracilo).

XNR sudėtis yra beveik identiška DNR ir RNR, yra tik vienas reikšminis struktūros skirtumas: XNR nukleotiduose pakeistos cukraus molekulės (ribozė arba deoksiribozė). Kai kuriuose pakeičiančiose molekulėse yra keturi ar septyni anglies atomai vietoj įprastų penkių.^{[reikalingas šaltinis]}

Šiuo metu žinoma keletas sintetinių XNR tipų: 1,5-anhidroheksitolio nukleorūgštis (HNR), ciklohekseno nukleorūgštis (CeNR), treozės nukleorūgštis (TNR), glikolio nukleorūgštis (GNR), peptidinė nukleorūgštis (PNR). HNR galėtų būti naudojamas kaip medikamentas, atpažįstantis ir prisijungiantis prie specifinių sekų. Mokslininkams pavyko išskirti HNR, kuri potencialiai galėtų prisijungti prie tam tikrų ŽIV viruso sekų. Tyrimai parodė, kad dešiniojo sukimo CeNR gali sukurti stabilius homodupleksus ir heterodupleksus su RNR. Taip pat nustatyta, kad dupleksai su DNR yra nestabilūs.

Reikšmė

Nors XNR tyrimai neskirti geresniam biologinės evoliucijos supratimui, jie skirti ištirti galimybes kontroliuoti ir net programuoti biologinių organizmų genomus ateityje. XNR parodė reikšmingą potencialą sprendžiant genetinio užterštumo problemą genetiškai modifikuotuose organizmuose. Nors DNR yra labai efektyvi kaupiant genetinę informaciją ir padeda susidaryti biologinei įvairovei, jos keturraidis kodas yra gana ribotas. Naudojant šešetainį XNR kodą atsiveria platesnės galimybės genetinėms modifikacijoms.

Vystant įvairias hipotezes apie XNR buvo pakeista nusistovėjusi nuomonė apie nukleorūgštis: paveldimumas ir evoliucija nėra apriboti tik DNR ir RNR. Tolesni tyrimai parodys ar DNR ir RNR yra labiausiai efektyvus būdas kaupti ir perduoti genetinę medžiagą biologinėse būtybėse, ar išplito Žemėje atsitiktinai.