지구상의 모든 생명은 같은 기초에 달려 있습니다. 4 글자 유전자 알파벳은 20 개의 아미노산을 지정하는 3 글자 단어의 레퍼토리를 철자합니다. 이 기본 빌딩 블록 (DNA의 구성 요소와 분자 통역사)은 생물학의 핵심에 있습니다. 제약 회사 인 Sanofi의 합성 생물학자인 Floyd Romesberg는“더 근본적인 것을 상상하기는 어렵다”고 말했다.
그러나 인생의 기초 생화학은 놀라움으로 가득 차있을 수 있습니다. 수십 년 전, 연구원들은 DNA의 4 개 기초 중 하나를 소설 다섯 번째로 바꾸는 바이러스를 발견했습니다. 이제 Science 에 출판 된 트리오의 논문에서 4 월에 3 개의 팀 이이 대체를하는 수십 개의 다른 바이러스와 그것을 가능하게하는 메커니즘을 확인했습니다. 이 발견은 이런 종류의 근본적인 게놈 변화가 상상했던 것보다 생물학에서 훨씬 널리 퍼져 있고 중요 할 수 있다는 생각을 자극하는 가능성을 제기합니다.
볼티모어 카운티 메릴랜드 대학교의 생물 학자 인 스티븐 프리 랜드 (Stephen Freeland)는“우리의 코 바로 아래에 자연이 확장되고 있다는 훌륭한 검증이있었습니다.
Romesberg는“이것은 실제로 유전자 알파벳의 적응성에 대해 이야기합니다.
연구자들은 진화가 DNA의 네 가지 염기와 다른 방향으로 발전 할 가능성에 오랫동안 흥미를 느꼈습니다 :아데닌 (A), 티민 (T), 시토신 (C) 및 기와닌 (G). 아마도 4 명 이상이 있었을 수도 있고, 화학적 또는 결합 특성이 매우 다른 경우가 있었을 수도 있고, 정보를 표현하기 위해 다른 규칙 세트를 사용했을 수도 있습니다. Romesberg와 같은 합성 생물 학자들은 인공베이스 쌍과 추가 아미노산을 공학하여 새로운 단백질을 생산하여 이것을 탐구했습니다. 그럼에도 불구하고 유기체의 생존은 유전자 알파벳과 코드를 그대로 유지하는 데 달려 있기 때문에 DNA 레시피의 정확한 성분은 수십억 년 동안 진화에 의해 크게 잠겨있는 것으로 생각되어 프랜시스 크릭의 말에 따라“냉동 사고”를 만들었습니다.
.그러나 몇 가지 예외가 발생했습니다. 예를 들어, 1977 년, 소비에트 연방의 연구자들은 광합성 박테리아를 감염시키는 바이러스를 보면서 독특한 것을 발견했습니다. 게놈의 모든 A는 대체베이스, 2- 아미노 데닌으로 대체되었으며, 나중에 Z를 더빙 한 2- 아미노 데닌으로 대체되었습니다. 그러나이 바이러스에서 A를 찾을 수없는이 바이러스에서 T는 Z와 짝을 이루었습니다 (유전자 전사 중에 T-Z는 여전히 T-A 인 것처럼 처리되었습니다.)
.Z베이스는 A의 화학적 변형처럼 보입니다. 추가 부착이있는 아데닌 뉴클레오티드입니다. 그러나 그 겸손한 변화는 Z가 T와 트리플 수소 결합을 형성 할 수있게 해주므로 A-t.
를 함께 보유하는 이중 결합보다 더 안정적입니다.그 결과는 흥미로 웠지만 고립 된 사례처럼 보였다. 프랑스의 Evry University의 유전 학자이자 Z 게놈에 대한 새로운 연구의 지도자 중 한 명인 Philippe Marlière는“이것은 일종의 호기심, 정말 이상하고 전반적인 의미가없는 것으로 나타났습니다. "그래서 그것은 망각에 정착했습니다."
그러나 변경은“가장 깊은 수준의 화학 조직에 있었기 때문에”“나의 본능은 이것이 단순한 일화가 아니라고 말했습니다. 이것은 심오한 위반입니다.”
2000 년대 초, Marlière와 그의 동료들은 러시아 팀이 연구 한 박테리오파지의 게놈을 시퀀싱했으며 Z베이스의 생산과 관련된 유전 적 서열을 정확히 지적했습니다. 향후 15 년 동안 그들은 다른 바이러스 성 게놈의 데이터베이스에서 성냥을 검색했습니다. 일리노이와 중국의 연구원들이 이끄는 또 다른 그룹은 독립적으로 노력에 참여했습니다.
과학자들은 이제 200 개가 넘는 파지에서 Z 대체를 발견했다고보고했다. 바이러스 게놈의 추가 분석을 통해 연구 그룹은 Z를 만들기위한 핵심 효소와 뉴클레오티드를 자유 플로팅하는 효소를 발견하여 DNA 합성 동안 Z를 더 많이 섭취 할 가능성이 높아졌습니다.
그러나 가장 큰 놀라움은 바이러스에 DNA 복제 동안 Z 염기를 T와 짝을 이루는 전용 중합 효소 효소를 가졌다는 것입니다. "이것은 동화와 같았습니다." “우리의 가장 거친 꿈이 이루어졌습니다.”
과학자들은 뉴클레오티드 치환을 만드는 세균성의 다른 예를 밝혀 냈지만, 비정규 기반의 생합성을 연구하는 뉴 잉글랜드 바이오 랩스 (New England Biolabs)의 연구원 인 피터 웨이 겔레 (Peter Weigele)는“이것은 표준 뉴클레오티드를 선택적으로 배제하는 것으로 나타난 최초의 중합 효소”라고 말했다. Romesberg는이 시스템은“재 프로그래밍”을 허용하도록 진화했다. Romesberg는 말했다.
Z와 다른 변형 된 DNA 염기는 바이러스가 박테리아가 외래 유전자 물질을 분해하는 방어를 피하는 데 도움이되도록 진화 한 것으로 보인다. Romesberg에 따르면 박테리오파지와 이들의 숙주 세포 사이의 영원한 무기 경쟁은 아마도 DNA처럼 겉보기에는 "성가신"에 영향을 미칠 수있는 충분한 선택 압력을 제공 할 것이다. "지금 당장 모든 사람들은 수정이 DNA를 보호한다고 생각합니다." “사람들은 거의 사소한 것입니다.”
그러나 예를 들어 Z의 트리플 결합은 DNA의 안정성과 강성에 추가 될 수 있으며 다른 물리적 특성에 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 변화는 박테리아 방어로부터 숨어있는 것 이상으로 장점을 가지고 있으며 그러한 수정을보다 광범위하게 중요하게 만들 수 있습니다.
결국, 바이러스가 얼마나 많은 바이러스가 이와 같이 DNA를 가지고 놀았는지 아무도 모릅니다. “자연에서 생물학적 다양성을 찾는 표준 [게놈 시퀀싱] 방법은이를 찾지 못할 것입니다.
이러한 종류의 간과 된 치환은 바이러스 이상으로 나타날 수도 있습니다. "아마도 우리는 박테리아 세계에서 이것의 일부를 놓쳤을 것입니다." 시카고 대학교의 화학 생물학자인 Chuan He가 말했다.
합성 생물학은 이것이 가능하다는 것을 보여 주었다. 몇 년 동안 Marlière의 팀은 진화하고 있습니다. coli 그것은 t 뉴클레오티드 대신 변형 된 염기를 사용합니다. 우르 바나 샴페인 일리노이 대학교 (University of Illinois)의 화학자이자 최근 Z 게놈 작업의 리더 인 Huimin Zhao는 e를 얻으려고 노력하고 있습니다. coli 바이러스와 같이 z를 포함 할 다른 세포.
Romesberg는 이러한 발견이 후성 유전 학적 인 것으로 생각되는 박테리아 DNA의 변형, 즉 DNA가 합성 된 후 뉴클레오티드의 변화, 일반적으로 유전자 발현에 영향을 미치기 위해 의문을 제기 할 수 있다고 생각합니다. Z 대체는“당신이 생각했을 수도있는 것은 후성 유전 학적이 아닐 수도 있음을 보여줍니다.”
."사람들은 이해되는 것으로 생각 된 바위 아래를 봐야한다고 생각합니다."라고 그는 덧붙였습니다. "그게 놀라움이 오는 곳입니다."
그러나 콜로라도 대학교 (University of Colorado)의 과학 철학자 인 볼더 (Boulder)는“우리는 지구의 대부분의 미생물을 재배 할 수 없기 때문에 덜 기장된 장소에서 놀라움을 줄 수있는 충분한 공간이 있습니다. "우리가 인식 할 수없는 다른 것들이 있습니까?"
예를 들어, 과학자들이 언젠가 단일 게놈에서 둘 이상의 기본 변형을 우연히 발견 할 수 있다면 Marlière는 궁금합니다. 또는 아마도 그들은 DNA의 분자 골격에 변화를 발견 할 것입니다.이 경우 더 이상 DNA가되지 않을 것입니다. "다른 것이 될 것입니다."
Freeland는“우리는 당연한 것으로 알고있는 분자 생물학의 구성 요소를 멈추지 않아야한다”고 말했다. "순전히 우리의 악기가 나아졌고 우리가 더 어려워 보였기 때문에 우리가 표준적이고 보편적이라고 생각한 모든 것이 막 떨어지고 있습니다."
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