DNA en zijn neef-RNA slaan genetische informatie op en maken het leven mogelijk zoals we dat kennen - maar wat als miljoenen minder bekende chemicaliën precies hetzelfde zouden kunnen doen?
Een nieuwe studie suggereert dat meer dan 1 miljoen chemische look-alikes biologische informatie zouden kunnen coderen op dezelfde manier als DNA dat doet. De nieuwe studie, gepubliceerd op 9 september in de Journal of Chemical Information and Modeling, zou de weg kunnen wijzen naar nieuwe doelen voor farmaceutische geneesmiddelen, kan uitleggen hoe het leven voor het eerst op aarde is geëvolueerd en kan ons zelfs helpen zoeken naar levensvormen buiten onze planeet, de auteurs schreef.
"Het is echt opwindend om na te denken over het potentieel voor alternatieve genetische systemen ... dat deze mogelijk zijn ontstaan en geëvolueerd in verschillende omgevingen, misschien zelfs op andere planeten of manen binnen ons zonnestelsel", co-auteur Jay Goodwin, een chemicus aan Emory University , zei een verklaring.
Zowel DNA als RNA, de twee bekende soorten nucleïnezuren, bevatten chemische stukjes, nucleotiden genaamd, die in een bepaalde volgorde met elkaar in verbinding staan en verschillende gegevens doorgeven, afhankelijk van hun volgorde, vergelijkbaar met individuele letters in een geschreven zin. Sommige natuurlijke en door de mens gemaakte moleculen bootsen de basisstructuur van DNA na, maar tot nu toe had niemand geprobeerd te tellen hoeveel van deze look-alikes er zouden kunnen zijn, schreven de auteurs.
"Er zijn twee soorten nucleïnezuren in de biologie", zei co-auteur Jim Cleaves, een chemicus aan het Tokyo Institute of Technology, in de verklaring. 'We wilden weten of er nog een te vinden is of zelfs een miljoen meer.'
'Het antwoord is dat er veel, veel meer lijken te zijn dan verwacht', zei Cleaves.
De auteurs ontwierpen een computerprogramma om chemische formules te genereren voor nucleïnezuurachtige moleculen. In DNA koppelen nucleotiden zich in verschillende paren en assembleren ze in een lijn, zodat de wetenschappers ervoor zorgden dat hun gegenereerde moleculen zich op dezelfde manier konden vormen. Uiteindelijk heeft hun programma meer dan 1.160.000 verschillende moleculen samengesteld die aan deze basiscriteria voldeden.
"We waren verrast door de uitkomst van deze berekening", zei co-auteur Markus Meringer, chemicus bij het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum in Keulen, in de verklaring. 'Het zou heel moeilijk zijn om a priori in te schatten dat er meer dan een miljoen nucleïnezuurachtige stellingen zijn. Nu weten we het en we kunnen beginnen met het testen van een aantal hiervan in het laboratorium.'
De veelheid aan look-alikes kan het verhaal verduidelijken van hoe het leven op aarde is ontstaan, voordat DNA en RNA de wereld van de biologie domineerden. Theoretisch heeft de evolutie mogelijk "testruns" uitgevoerd met enkele van deze andere moleculen voordat ze zich op nucleïnezuren vestigden als de beste transporteurs van genetische gegevens, suggereerden de auteurs.
De look-alikes kunnen ook toekomstige medische vooruitgang stimuleren, voegde ze eraan toe. Geneesmiddelen die op nucleotiden lijken, worden volgens de verklaring al gebruikt om gevaarlijke virussen en kwaadaardige kankercellen in het menselijk lichaam te ondermijnen. Met een bibliotheek van structureel vergelijkbare moleculen bij de hand, zouden medicijnontwikkelaars mogelijk DNA-look-alikes kunnen gebruiken als een belangrijk wapen in de strijd tegen ziekten.
'Het is absoluut fascinerend om te denken dat we door het gebruik van moderne computationele technieken op nieuwe medicijnen kunnen stuiten bij het zoeken naar alternatieve moleculen voor DNA en RNA die erfelijke informatie kunnen opslaan', zegt coauteur Pieter Burger, biochemicus aan de Emory University.
