DNA und ihre Cousin-RNA speichern genetische Informationen und ermöglichen das Leben, wie wir es kennen - aber was wäre, wenn Millionen weniger bekannter Chemikalien genau dasselbe tun könnten?
Eine neue Studie legt nahe, dass mehr als 1 Million chemische Doppelgänger biologische Informationen auf dieselbe Weise codieren könnten wie DNA. Die neue Studie, die am 9. September im Journal of Chemical Information and Modeling veröffentlicht wurde, könnte den Weg zu neuen Zielen für Arzneimittel weisen, erklären, wie sich das Leben zuerst auf der Erde entwickelt hat, und uns sogar dabei helfen, nach Lebensformen jenseits unseres Planeten zu suchen, so die Autoren schrieb.
"Es ist wirklich aufregend, das Potenzial für alternative genetische Systeme in Betracht zu ziehen ... dass diese möglicherweise in verschiedenen Umgebungen entstanden und entstanden sind, vielleicht sogar auf anderen Planeten oder Monden in unserem Sonnensystem", so Co-Autor Jay Goodwin, Chemiker an der Emory University , sagte in einer Erklärung.
Sowohl DNA als auch RNA, die beiden bekannten Arten von Nukleinsäuren, enthalten chemische Bits, sogenannte Nukleotide, die sich in einer bestimmten Reihenfolge verbinden und je nach Sequenz unterschiedliche Daten weitergeben, ähnlich wie einzelne Buchstaben in einem geschriebenen Satz. Einige natürliche und künstliche Moleküle ahmen die Grundstruktur der DNA nach, aber bisher hatte niemand versucht zu zählen, wie viele dieser Doppelgänger existieren könnten, schrieben die Autoren.
"In der Biologie gibt es zwei Arten von Nukleinsäuren", sagte Co-Autor Jim Cleaves, Chemiker am Tokyo Institute of Technology, in der Erklärung. "Wir wollten wissen, ob es noch eine oder sogar eine Million mehr gibt."
"Die Antwort ist, es scheint viel, viel mehr zu geben als erwartet", sagte Cleaves.
Die Autoren entwickelten ein Computerprogramm zur Erzeugung chemischer Formeln für nukleinsäureartige Moleküle. In der DNA koppeln sich Nukleotide in unterschiedlichen Paaren und bilden eine Linie, sodass die Wissenschaftler sicherstellen, dass sich ihre erzeugten Moleküle auf die gleiche Weise bilden können. Am Ende stellte ihr Programm mehr als 1.160.000 verschiedene Moleküle zusammen, die diese grundlegenden Kriterien erfüllten.
"Wir waren vom Ergebnis dieser Berechnung überrascht", sagte Co-Autor Markus Meringer, Chemiker am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln, in der Erklärung. "Es wäre sehr schwierig, a priori abzuschätzen, dass es mehr als eine Million nukleinsäureartige Gerüste gibt. Jetzt wissen wir es und können beginnen, einige davon im Labor zu testen."
Die Vielzahl der Doppelgänger mag die Geschichte des Lebens auf der Erde verdeutlichen, bevor DNA und RNA die Welt der Biologie beherrschten. Theoretisch könnte die Evolution "Testläufe" mit einigen dieser anderen Moleküle durchgeführt haben, bevor sie sich für Nukleinsäuren als beste Übermittler genetischer Daten entschieden haben, schlugen die Autoren vor.
Die Doppelgänger könnten auch zukünftige medizinische Fortschritte befeuern, fügten sie hinzu. Medikamente, die Nukleotiden ähneln, werden laut Aussage bereits verwendet, um gefährliche Viren und bösartige Krebszellen im menschlichen Körper zu untergraben. Mit einer Bibliothek strukturell ähnlicher Moleküle könnten Arzneimittelentwickler möglicherweise DNA-Doppelgänger als Hauptwaffe im Kampf gegen Krankheiten einsetzen.
"Es ist absolut faszinierend zu glauben, dass wir bei der Suche nach alternativen Molekülen zu DNA und RNA, die erbliche Informationen speichern können, mithilfe moderner Computertechniken auf neue Medikamente stoßen könnten", sagte Co-Autor Pieter Burger, Biochemiker an der Emory University.
