DNA och dess kusin RNA lagrar genetisk information och möjliggör liv som vi känner till det - men vad händer om miljoner mindre kända kemikalier skulle kunna göra exakt samma sak?
En ny studie tyder på att mer än 1 miljon kemiska utseende kan koda biologisk information på samma sätt som DNA gör. Den nya studien, publicerad 9 september i Journal of Chemical Information and Modelling, kan komma att peka vägen mot nya mål för farmaceutiska läkemedel, förklara hur livet först utvecklades på jorden och till och med hjälpa oss att söka efter livsformer bortom vår planet, författarna skrev.
"Det är verkligen spännande att överväga potentialen för alternativa genetiska system ... att dessa eventuellt har dykt upp och utvecklats i olika miljöer, kanske till och med på andra planeter eller månar i vårt solsystem," medförfattare Jay Goodwin, en kemist vid Emory University , sade i ett uttalande.
Både DNA och RNA, de två kända typerna av nukleinsyror, innehåller kemiska bitar som kallas nukleotider, som kopplas samman i en viss ordning och vidarebefordrar olika data, beroende på deras sekvens, liknar enskilda bokstäver i en skriftlig mening. Vissa naturliga och konstgjorda molekyler efterliknar den grundläggande strukturen för DNA, men innan nu hade ingen försökt räkna upp hur många av dessa look-alikes som kan existera, skrev författarna.
"Det finns två slags nukleinsyror i biologin", säger medförfattaren Jim Cleaves, en kemist vid Tokyo Institute of Technology, i uttalandet. "Vi ville veta om det finns ytterligare en eller till en miljon till."
"Svaret är att det verkar finnas många, många fler än väntat," sade Cleaves.
Författarna utformade ett datorprogram för att generera kemiska formler för nukleinsyra-liknande molekyler. I DNA kopplas nukleotider samman i distinkta parningar och monteras i en linje, så forskarna såg till att deras genererade molekyler kunde bildas på samma sätt. Till slut sammansatte deras program mer än 1 160 000 olika molekyler som uppfyllde dessa grundläggande kriterier.
"Vi blev förvånade över resultatet av denna beräkning," sa medförfattaren Markus Meringer, en kemist vid det tyska flyg- och rymdcentret i Köln, i uttalandet. "Det vore mycket svårt att uppskatta att det finns mer än en miljon nukleinsyraliknande ställningar. Nu vet vi och vi kan börja undersöka några av dessa i labbet."
Mängden look-alikes kan klargöra historien om hur livet på jorden blev, innan DNA och RNA dominerade biologiens värld. Teoretiskt kan utvecklingen ha utfört "testkörningar" med några av dessa andra molekyler innan de satt sig på nukleinsyror som de bästa transportörerna av genetiska data, föreslog författarna.
Look-alikes kan också driva framtida medicinska framsteg, tillade de. Läkemedel som liknar nukleotider används redan för att undergräva farliga virus och maligna cancerceller i människokroppen, enligt uttalandet. Med ett bibliotek med strukturellt liknande molekyler till hands kan läkemedelsutvecklare potentiellt anta DNA-look-alikes som ett viktigt vapen i kampen mot sjukdom.
"Det är helt fascinerande att tro att vi använder moderna beräkningstekniker att vi kan snubbla på nya läkemedel när vi söker efter alternativa molekyler till DNA och RNA som kan lagra ärftlig information," sa medförfattaren Pieter Burger, en biokemist vid Emory University.
