Život môže vyzerať úplne inak, než ho poznáme. Vedci ukázali, že DNA nemusí mať len štyri písmená
Život môže fungovať s inou genetickou abecedou, než poznáme. Vedci ukázali, že enzým dokáže prečítať DNA rozšírenú zo štyroch na osem písmen.
Všetok známy život na Zemi používa pri zápise DNA rovnaké štyri písmená. Výskumníci z Kalifornskej univerzity v San Diegu však ukázali, že enzým, ktorý DNA prepisuje, dokáže pracovať aj s dvojnásobne väčšou abecedou. V laboratóriu úspešne prečítal DNA obsahujúcu osem rôznych báz a podľa nej vytvoril RNA.
Výsledky priniesli dve štúdie vedené profesorom Dongom Wangom zo Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. Prvá vyšla 2. septembra 2026 v časopise Nature Communications, druhá 12. augusta 2026 v časopise PNAS. Vedci skúmali, ako ďaleko možno rozšíriť genetickú abecedu bez toho, aby RNA polymeráza prestala fungovať.
Vedci dali RNA polymeráze DNA so štyrmi novými písmenami
RNA polymeráza prepisuje informáciu uloženú v DNA do RNA. Pri génoch, ktoré nesú návod na výrobu bielkovín, ide o jeden z prvých krokov pred tým, ako sa genetická informácia dostane k ribozómu.
Vedci pracovali s RNA polymerázou baktérie Escherichia coli a pripravili DNA obsahujúcu okrem prirodzených báz A, T, G a C aj syntetické P, Z, B a S. Takýto osempísmenový systém sa nazýva Hachimoji, podľa japonského pomenovania pre „osem písmen“.
V novej práci sa tím detailne pozrel najmä na syntetický pár P:Z. Pomocou kryoelektrónovej mikroskopie získal štyri štruktúry RNA polymerázy s rozlíšením približne 2,42 až 2,75 ångströmu, teda okolo štvrtiny nanometra. Vedci tak mohli sledovať, ako sa neprirodzené bázy správajú priamo v aktívnom mieste enzýmu. Výsledky spojili so skoršou prácou na druhom syntetickom páre B:S.
Neprehliadni
Páry P:Z a B:S si zachovali tvar, ktorý enzým pozná
Páry P:Z a B:S sa v aktívnom mieste správali veľmi podobne ako prirodzené bázy. Zachovali si Watson-Crickovu geometriu, teda priestorové usporiadanie, na ktoré je RNA polymeráza nastavená.
Keď syntetický nukleotid správne zapadol na svoje miesto, uzavrela sa aj pohyblivá časť enzýmu označovaná ako trigger loop. Tá pripravuje aktívne miesto na chemickú reakciu. Enzým teda syntetické bázy nielen toleroval, ale po ich vložení dokázal pokračovať v prepise.
Pri páre P:Z bola rýchlosť začlenenia približne v rovnakom ráde ako pri prirodzenom páre G:C, hoci v podmienkach experimentu bola asi dvojnásobne nižšia.
Slabším miestom bola báza Z. Tá má sklon chybne sa párovať s guanínom. Jej chemická štruktúra totiž za určitých podmienok umožňuje vznik formy, ktorá sa pri párovaní začne podobať cytozínu.
Výskumníci preto použili upravenú bázu Z*, v ktorej nitroskupinu nahradila karboxamidová skupina. Hodnota pKa sa tým posunula nad 10 a neželané párovanie s guanínom výrazne kleslo. Autori však Z* nepovažujú za konečné riešenie a počítajú s ďalšími úpravami.
Ds a Pa sa nespájali ako prirodzené bázy. Enzým ich napriek tomu prijal
Druhá štúdia skúmala syntetický pár Ds:Pa. Ten je zaujímavý tým, že medzi jeho bázami nevznikajú klasické vodíkové väzby ako pri prirodzených pároch A:T a G:C. Ds a Pa sa k sebe hodia najmä tvarom a hydrofóbnymi vlastnosťami.
Napriek tomu ich RNA polymeráza z E. coli dokázala spracovať. Nie však rovnako dobre v oboch smeroch. DsTP sa začleňovalo podstatne účinnejšie než PaTP.
Cryo-EM ukázala, kde vzniká rozdiel. DsTP sa oproti báze Pa dostalo priamo do polohy vhodnej na reakciu a aktívne miesto enzýmu sa uzavrelo. PaTP oproti Ds zostalo najskôr v takzvanom pre-insertion stave a pred reakciou sa muselo ešte posunúť.
Výsledok ukazuje, že klasické vodíkové väzby medzi dvoma bázami nie sú podmienkou na to, aby RNA polymeráza spustila zmeny potrebné na katalýzu. Pri návrhu ďalších syntetických báz tak vedci nie sú odkázaní iba na chémiu, ktorú používa prirodzená DNA.
Osempísmenová DNA zatiaľ funguje len v laboratóriu
Vedci zatiaľ nevytvorili živú baktériu s osempísmenovým genómom. Pracovali s purifikovanou RNA polymerázou a pripravenými DNA a RNA komplexmi v laboratóriu. Výsledok teda ukazuje, že samotný enzým dokáže s rozšírenou abecedou pracovať.
Rovnako ďaleko ešte nie je ani preklad rozšíreného genetického kódu do bielkovín. Nová práca ukázala krok DNA → RNA. Preklad kompletných osempísmenových Hachimoji kodónov do proteínov zatiaľ nikto nepredviedol.
Syntetické bázy už vedci využili pri cielení na rakovinové bunky
Hachimoji bázy už v minulosti dokázala prepisovať jednoduchšia T7 RNA polymeráza z bakteriofága a pár B:S vedci skúmali aj s RNA polymerázou E. coli. Nová štúdia ukázala, že rovnaká viacpodjednotková polymeráza dokáže selektívne pracovať so všetkými ôsmimi písmenami A, T, G, C, P, Z, B a S.
Množina ôsmich báz pritom nemusí slúžiť len na tvorbu nových organizmov. Viac písmen znamená viac chemických možností pri návrhu DNA a RNA.
Šesťpísmenové AEGIS-DNA aptaméry obsahujúce P a Z už napríklad dokázali cieliť na bunky rakoviny pečene. Osempísmenové RNA sa skúmajú aj ako molekuly schopné presne viazať vybrané látky, čo môže nájsť využitie pri zobrazovaní buniek, biosenzoroch, diagnostike či vývoji liečiv.
Staršie experimenty s párom S:B navyše ukázali, že rozšírený genetický systém môže umožniť vloženie neštandardnej aminokyseliny do peptidu. Kompletný osempísmenový systém Hachimoji sa však zatiaľ podarilo dostať len po krok DNA → RNA. Jeho preklad do bielkovín zostáva nevyriešený.
