Pada tahun 1953, ketika para ilmuwan secara meyakinkan mengidentifikasi struktur DNA, itu adalah wahyu monumental, peraih Hadiah Nobel: empat nukleotida, masing-masing berisi basis berlabel huruf, disusun dalam struktur heliks ganda. Keempat pangkalan ini, atau "huruf, " membentuk pasangan: adenin, A, cocok dengan timin, T, dan sitosin, C, berikatan dengan guanin, G. Pasangan ini pada dasarnya adalah blok bangunan kehidupan di Bumi; cara mengatur pasangan menciptakan instruksi genetik untuk bagaimana protein dibuat, yang pada gilirannya membantu hampir setiap proses penting yang membuat kita tetap hidup.
Sekarang, tim peneliti interdisipliner telah memperluas alfabet genetik dengan membuat DNA sintetis yang menggunakan delapan huruf daripada empat, menurut sebuah studi baru yang diterbitkan dalam jurnal Science . Struktur baru yang diproduksi disebut "DNA hachimoji, " dari kata Jepang untuk "delapan" dan huruf. "Membuat DNA hachimoji adalah, seperti yang ditulis Carl Zimmer di The New York Times, " tur-de-force kimia "untuk grup dipimpin oleh Steven Benner, seorang ahli biologi sintetis di Yayasan untuk Evolusi Molekuler Terapan. Kemajuan ini menawarkan kemungkinan baru di banyak bidang, termasuk penelitian medis dan penyimpanan data.
DNA sintetis dibuat dari awal di laboratorium. DNA yang diprogram khusus dapat memberikan instruksi yang mungkin tidak terjadi di alam. Saat ini, DNA sintetik — menggunakan empat basa khas — telah dirancang untuk tujuan baru, seperti membuat aroma baru untuk parfum, tetapi ada juga aplikasi medis potensial, seperti membuat enzim yang dapat memecah gluten dan mengobati penyakit celiac.
"Hachimoji DNA" menambahkan dua pasangan baru — P dan Z, kemudian B dan S — ke dalam campuran. Pekerjaan sebelumnya telah menciptakan versi berbeda dari struktur DNA sintetis enam-basa. DNA delapan basa secara dramatis memperluas kemungkinan kombinasi tiga huruf, atau kodon, yang dapat disimpan oleh DNA.
Megan Molteni dari Wired menjelaskan:
“Alfabet empat huruf memberi Anda 64 kemungkinan kodon, yang menghasilkan 20 asam amino, bahan pembangun protein. Enam huruf membawa Anda hingga 256 kodon; delapan membuatnya 4.096. "
Sebagian besar upaya sebelumnya dalam menambahkan pasangan basa tidak stabil karena mereka menggunakan molekul penolak air di pangkalan mereka, lapor Matthew Warren for Nature . Pasangan sintetis baru bisa terjepit di antara pasangan alami, tetapi tidak bisa ditempatkan dalam satu baris. Namun, DNA hachimoji menggunakan ikatan hidrogen — seperti halnya DNA yang terjadi secara alami — menambah integritas struktural.
Di alam, DNA mengandung instruksi untuk membangun protein. Langkah kunci dalam proses itu adalah membuat untaian cermin-gambar RNA. Kalau tidak, informasi yang disimpan dalam DNA tetap tidak digunakan, seperti resep yang tidak pernah dimasak. Anda tidak akan dapat mengamati efek dari gen yang baru dibuat, apalagi melihat evolusi. Rekan penulis studi Andrew Ellington, seorang insinyur evolusi di University of Texas, mensintesis enzim yang dapat membaca DNA hachimoji (termasuk huruf-huruf baru) dan membuat untai RNA yang sesuai. RNA bekerja seperti yang dirancang, Wegan 's Megan Molteni melaporkan: beberapa menciptakan cahaya neon hijau, sementara yang lain terikat pada tumor hati atau sel kanker payudara dalam cawan petri.
Peningkatan kapasitas penyimpanan Hachimoji DNA berarti kita bisa menggunakan DNA delapan huruf untuk menyimpan informasi, seperti chip komputer mikroskopis yang super tahan lama. Seperti yang dijelaskan Ed Yong dalam National Geographic, para peneliti dapat membuat kunci yang menerjemahkan informasi dari bahasa komputer — biner 1 dan 0 — ke dalam huruf-huruf alfabet DNA. DNA bertahan lebih lama dan memakan banyak ruang lebih sedikit daripada hard drive, dan para peneliti telah berhasil menyimpan sistem operasi komputer lengkap dan seluruh film dalam DNA empat huruf normal.
Penemuan ini juga membantu menjawab kebingungan biologis: mungkinkah kehidupan ada dengan menggunakan blok bangunan lain selain empat pangkalan nukleotida yang digunakan di planet ini? Ahli biologi sintetis Floyd Romesberg mengatakan kepada Nature bahwa penelitian baru ini adalah "terobosan konseptual."
"Untuk waktu yang lama, kami memiliki petunjuk bahwa kehidupan berevolusi dari G, A, T, C, bukan karena mereka benar-benar bahan baku yang tepat tetapi karena mereka hanya tersedia, " kata Romesberg dalam sebuah wawancara dengan Wired, dan penelitian ini adalah yang pertama mengkonfirmasi kecurigaan itu.
NASA, salah satu organisasi yang mendanai penelitian tersebut, mengumumkan dalam siaran pers bahwa penelitian DNA hachimoji akan menginformasikan pencariannya untuk kehidupan di planet lain, karena penemuan itu menunjukkan bahwa kehidupan di luar bumi mungkin tidak menggunakan blok bangunan yang sama dengan kehidupan di Bumi.
Tetapi apakah para ilmuwan telah menciptakan jenis kehidupan yang sama sekali baru di Bumi? Tidak, menurut Discover . Sementara DNA hachimoji memenuhi semua persyaratan struktural untuk kehidupan, ia tidak dapat mempertahankan dirinya sendiri di luar lingkungan lab yang dikalibrasi dengan hati-hati.
