Yaşamın Kökeni DNA Benzeri XNA’larla Başlamış Olabilir

Japonya’daki Nagoya Üniversitesi  bilim insanları, DNA benzeri moleküllerin yaşamın kökeninin habercisi olarak nasıl bir araya gelebileceğini gösterdiler. Nature Communications dergisinde yayınlanan bulgular, sadece yaşamın nasıl başladığını önermekle kalmıyor, aynı zamanda yapay yaşam ve biyoteknoloji uygulamalarının gelişimi içinde önemli etkileri bulunmaktadır.

Nagoya Üniversitesi biyomoleküler mühendisi Keiji Murayama, ‘‘ RNA dünyasının yaşamın başlangıcında bir aşama olduğu düşünülüyor. Bu aşamadan önce yani RNA öncesi dünyası, kseno nükleik asitler (XNA’lar) adı verilen moleküllere dayanıyor olabilir. Ayrıca RNA’dan farklı olarak XNA replikasyonu muhtemelen enzim gerektirmiyordu. Bir XNA’yı enzimler olmadan sentezleyebildik ve bu da RNA dünyasından önce bir XNA dünyasının var olabileceği hipotezini güçlü bir şekilde desteklemektedir.”

XNA’lar, DNA ve RNA’ya benzer bağlı nükleotit zincirlerinden oluşur ancak farklı bir şeker omurgasına sahiptir. XNA’lar genetik kodu çok istikrarlı bir şekilde taşıyabilir. Bazı araştırmacılar, belirli dizileri içeren XNA’ların enzimler gibi davranarak proteinlere bağlanabileceğini bildirdi. Bu, XNA’ları potansiyel biyoteknoloji ve moleküler tıp uygulamaları ile sentetik genetik alanında heyecan verici hale getirmektedir.

Murayama, Hiroyuki Asanuma ve meslektaşları, Dünya’nın erken dönemlerinde mevcut olması muhtemel koşulların XNA zinciri oluşumuna yol açıp açamayacağını öğrenmek istediler. RNA’nın ortaya çıkmasından önce var olduğu düşünülen bir molekül olan asiklik (dairesel olmayan) L-threoninol nükleik asit (L-aTNA) parçalarını sentezlediler. Ayrıca DNA ipliklerinin eşleşmesine benzer şekilde, fragmanların dizilerini tamamlayan bir nükleobaz dizisine sahip daha uzun bir L-aTNA yaptılar.

Kontrollü sıcaklık altında bir test tüpüne birlikte yerleştirildiğinde, daha kısa L-aTNA fragmanları bir araya gelip daha uzun L-aTNA şablonunda birbirine bağlandı. Muhtemelen Dünya’nın ilk zamanlarında mevcut olan N-siyanoimidazol bileşiği ve manganez gibi bir metal iyonunun varlığında meydana gelen bu olaylar çok kritiktir. Birinin ucundaki bir fosfat, bir enzimin yardımı olmadan komşusun ucundaki bir hidroksil grubuna kimyasal olarak bağlandığında parçalar birbirine bağlandı. (Şekil 1)

Murayama, ‘‘ Bildiğimiz kadarıyla bu şablona dayalı bir ilk gösterimdir. Rastgele bir fragman havuzundan asiklik XNA, enzim olmadan fosfodiester bağı oluşturuyor. Stratejimiz, yapay yaşamın inşası ve döngüsel olmayan XNA’dan oluşan oldukça işlevsel biyolojik araçların geliştirilmesiyle ilgili deneyler yapmak için çok ilgi çekicidir.’’

Ekip, L-aTNA parçalarının DNA ve RNA şablonlarında birbirine bağlanabileceğini gösterdi. Genetik kodun, DNA ve RNA’dan L-aTNA’ya veya tam tersi şekilde aktarılabileceğini göstermektedir. Ekip ayrıca,  L-aTNA’nın erken Dünya’nın ‘yaşam öncesi’ koşullarında sentezlenip sentezlenemeyeceğini açıklığa kavuşturmak ve gelişmiş biyolojik araçlar geliştirme potansiyellerini incelemek için araştırmalara devam etmeyi planlıyor.

KAYNAKLAR

1. Keiji Murayama et al, Nonenzymatic polymerase-like template-directed synthesis of acyclic l-threoninol nucleic acid, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-21128-0

2. Materials

3. Phys.org. 2021. Origins of life could have started with DNA-like XNAs. [online] Erişim adresi: https://phys.org/news/2021-04-life-dna-like-xnas.html [ 7 Nisan 2021’de erişildi].