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Zuletzt geprüft am 2026-06-23. Wo eine Aussage auf einer konkreten Studie beruht, wird die Studie beschrieben und nicht überinterpretiert.
Vorausgegangen waren Versuche mit Paarungen auf Basis der Basen X und Y (alias 5SICS), d. h. der Nukleotiden dX und dY (alias d5SICS). Anfang 2019 wurde über DNA und RNA mit jeweils acht Basen (vier natürliche und vier synthetische) berichtet, die sich alle paarweise einander zuordnen (Hachimoji-DNA).
Quellen: de.wikipedia.org
=== Neuartige Polymerasen === Weder XNA noch die unnatürlichen Basen werden von natürlichen Polymerasen erkannt. Demnach ist eine der größten Herausforderungen die Entwicklung und Herstellung neuartiger Polymerasetypen, die in der Lage sind, diese neuartigen Strukturen zu replizieren. So wurde bereits eine modifizierte Variante der HIV-Reverse Transkriptase entdeckt, die imstande war, in einer PCR-Amplifikation ein Oligonukleotidamplifikat zu erzeugen, das ein zusätzliches drittes Basenpaar enthielt. Pinheiro u. a. (2012) demonstrierten, dass mittels der Evolution und Konstruktion von Polymerasen genetische Information (von unter 100 bp Länge) erfolgreich gespeichert und wiederhergestellt werden kann. Dies geschah auf der Basis von sechs alternativen Informationsspeicher-Polymeren (Xenonukleinsäuren). Mit einer modifizierten Polymerase war auch die Transkription der Hachimoji-DNA in Hachimoji-RNA in vitro möglich.
Quellen: de.wikipedia.org
=== Erweiterung des genetischen Codes === Eines der Ziele der Xenobiologie und auch der Biochemie ist die Umgestaltung des universellen genetischen Codes. Der derzeit vielversprechendste Ansatz zum Erreichen dieses Zieles ist die Neubesetzung von seltenen oder sogar unbenutzten Codons. Im Idealfall entstünden dadurch „Leerstellen“ im derzeitigen Code, die mit neuen, nichtkanonischen Aminosäuren (ncAA) neu besetzt werden können („Expansion des genetischen Codes“, engl. code expansion). Da derartige Strategien sehr schwer zu implementieren sind und viel Zeit erfordern, können kurzfristig auch Abkürzungen genommen werden. So werden beim „Engineering des genetischen Codes“ (engl. code engineering) beispielsweise Bakterien, die bestimmte Aminosäuren nicht selbst herstellen können, unter bestimmten Kulturbedingungen isostrukturelle Analoga der natürlichen Aminosäuren angeboten, die sie dann statt der natürlichen Aminosäuren in Proteine einbauen. Bei dieser Methode wird jedoch nur eine kanonische Aminosäure durch eine nichtkanonische ersetzt und es kommt strenggenommen nicht zu einer „Erweiterung“ des genetischen Codes. Auf diese Weise ist es jedoch leicht möglich, mehrere nichkanonische Aminosäuren gleichzeitig in Proteine einzubauen. Das Aminosäurereportoire kann jedoch nicht nur erweitert, sondern auch reduziert werden. Die Codonspezifität kann geändert werden, indem neue tRNA/Aminoacyl-tRNA-Synthetasepaare so modifiziert werden, dass sie andere Codons erkennen.
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Zellen mit solch neuer Konfiguration sind dann in der Lage, mRNA-Sequenzen zu entziffern, die für die natürliche Proteinbiosynthesemaschinerie unbrauchbar wären. Neuartige tRNAs/Aminoacyl-tRNA-Synthetasepaare können darauf aufbauend auch für den ortsspezifischen In-vivo-Einbau von nichtkanonischen Aminosäuren herangezogen werden. In der Vergangenheit geschah die Neuordnung von Codons hauptsächlich nur in einem sehr limitierten Rahmen. Im Jahr 2013 jedoch wurde zum ersten Mal ein komplettes Codon aus einem Genom entfernt, das nun frei für die Belegung mit neuen Aminosäuren ist. Konkret konnten die Gruppen um Farren Isaac und Georg Church an der Harvard-Universität alle 314 TAG-Stopcodons im Genom von E. coli durch TAA-Stopcodons ersetzen, wobei sie demonstrierten, dass ein massiver Austausch von einzelnen Codons durch andere ohne letale Effekte für den jeweiligen Organismus möglich ist. Aufbauend auf diesem Erfolg des genomweiten Codonaustausches, konnten die Arbeitsgruppen 13 Codons in 42 essentiellen Genen durch deren Synonyme ersetzen und so in diesen Genen den genetischen code von 64 auf 51 verwendete Codons verringern. Ein noch radikalerer Schritt zur Veränderung des genetischen Codes ist der Übergang weg von den natürlichen Triplett-Codons und hin zu Quadruplett- oder sogar Pentaplett-Codons. Masahiko Sisido, Peter Schultz et al. leisteten auf diesem Gebiet Pionierarbeit, wobei Sisido es schaffte, in einem zellfreien System einen Pentaplett-Code zu etablieren, während Schultz et al. 2004 und Costello et al.
Quellen: de.wikipedia.org
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