"Lõime tehis-DNA, mis allub evolutsiooniteooria reeglitele. Taoliselt areneda suutva süsteemiga on võimalik valmistada väga erinevalt käituvaid aineid ja molekule. Näiteks saab kasutada neid haiguste diagnoosimiseks ja raviks. Muidugi saab teha seda ka tavalise DNA-ga, kuid meie käsutuses olev arsenal on kordades suurem," selgitas Steven Benner, uurimuse juhtivautor ERR Novaatorile. lisaks võimaldavad talletada Hachimoji lisatähed DNA-sse infot kaks korda tihedamalt.

Avastuste olulisuse mõistmiseks tuleb teha esmalt tutvust looduses leiduva DNA toimimispõhimõtet. Juhised kõigi tänapäeval maailmas elavate olendite valmistamiseks on pandud piltlikult kirja pandud vaid nelja tähe abil.

Kolmetähelised kombinatsioonid A, T, C ja G-st moodustavad sõnu ehk koodoneid. Nende põhjal valmistatakse erinevaid aminohappeid, millest koosnevad valgud – elu peamised ehituskivid. Seejuures peab asuma DNA-kaksikheeliksis T vastas alati A ning G vastas C. See aitab ennetada ülikpikkade molekulide puntrasse minemist.

Looduses leiduvate tähtedega saab moodustada kokku 64 sõna. Nelja täiendava tähe – antud juhul P, B, Z ja S-ga – kasvab nende arv juba 512-ni. Seejuures pole mingit põhjust sellega piirduda. "Tegelikult oleme leidnud ka 9. ja 10. tähe. Plaanime täiendada elusorganismide DNA-d just nendega. Mis puutub 11. ja 12. tähte, siis sõltub see sellest, millal ei jaksa ma end enam laborisse vedada. Me kõik vananeme," muigas Benner. Isegi kõige nõudlikumate bioloogide ja keemikute vajaduste rahuldamiseks peaks piisama aga juba vähemast.

Teadlased on loonud sünteetilisi DNA ehituskive varemgi. Varem on kasutatud nende loodusliku pärilikkusaine vahele pikkimiseks teist sorti keemilisi sidemeid, kui kasutatakse DNA-ahelate koos hoidmiseks päris looduses.

"Me ei saa panna seetõttu kunstlikke tähti teineteise kõrvale väga tihedalt. Ühtlasi kaotab DNA sellega osa oma legendaarsest stabiilsusest," selgitas Floyd Romesberg, ilmunud uurimusega otseselt mitte seotud Scrippsi teadusinstituudi keemik.

Nagu päris DNA

Nüüd kirjeldatav sünteetiline DNA käitub aga tehtud katsete põhjal täpselt niimoodi, nagu looduses leiduv pärilikkusaine. Sellega saab talletada infot ja tõlkida seda ka RNA-ks. Viimase põhjal valmistatakse omakorda kasulikke valke. Samuti saab täita see ise rakkudes olulisi ülesandeid. Viimaks moodustab Benneri ja ta kolleegide tehistähti sisaldav geenikood ikoonilisi DNA-kaksikheelikseid.

Tööpõhimõtte tõestamiseks lõi töörühm Hachimoji geeni, mis sisaldas juhiseid RNA molekuli valmistamiseks. Molekuli ülesanne oli õngitseda lahusest valgust kiirgavaid molekule -- fluorofoore. Katse oli edukas. RNA molekuli embuses hakkas kiirgama fluorofoor pärast selle valgustamist rohelist valgust.

Ainus, mida Hachimoji-DNA teha ei suuda, on enda iseseisvalt paljundamine. Samuti ei suusa see ammutada enda alalhoidmiseks tarvilikke ehituskive seda ümbritsevast keskkonnast. "Selle jaoks peame kõigepealt magistritudengitel ja järeldoktoritel kõhud täis söötma. Neil jätkub siis jõudu valmistada kõiki neid ensüüme ja teisi aineid, et tehis-DNA suudaks iseseisvalt öö üle elada," selgitas Benner.

Uued eluvormid?

Üks võimalus tudengite toiduahelast eemaldamiseks oleks täiendada sünteetilise DNA-ga looduses juba olemasolevate elusolendite, näiteks bakterite geenikoodi. Kas pole aga ohtu, et sellised organismid terve maailma üle võtavad?

"Sirgjooneline vastus on "Ei!". Me ei kujuta enamasti ette, kui tihe konkurents mikroobide maailmas tegelikult käib. Isegi kõige tavalisemaid baktereid maailma ühest kohast teise poetades söövad põliselanikud nad reeglina kohe välja. Poolsünteetilised organismid oleks neist veel pirtsakamad," sõnas keemik.

Samuti kiputakse Benneri sõnul unustama, et bioreaktoriteks kasutatakse juba ravimite ja teiste kasulike ainete tootmiseks geneetiliselt muundatud baktereid.

"Tulevik ja kujutlusvõime näitab, mida nendega täpselt teha saab. Praegu saame aga uurimuse põhjal üheselt öelda, et Maal levinud DNA ehituskivides pole midagi erilist. Kõik oleks saanud minna ka hoopis teistmoodi. Mõnele teisele planeedile minnes ei pruugi me seetõttu kohe elu ära tundagi," mõtiskles Floyd Romesberg.

Uurimus ilmus ajakirjas Science.