Asam nukleat xeno

Asam nukleat xeno (Xenonucleic acids atau XNAs) adalah analog sintetis dari asam nukleat yang rantai gula-fosfatnya direkayasa secara struktural, berbeda dengan modifikasi yang hanya terjadi pada nukleobasa atau gugus fosfat.^[1][2][3] Struktur ini memberikan XNAs sifat kimia dan biologi yang berbeda dari asam nukleat endogen, sehingga memungkinkan berbagai aplikasi khusus dalam ilmu biologi, bioteknologi, dan bidang terapeutik.^[4]

XNAs memiliki kemampuan untuk menyimpan informasi genetik menggunakan nukleobase yang sama dengan DNA atau RNA. Rantai gula yang berbeda membuat senyawa ini bersifat tahan terhadap degradasi oleh enzim nuklease, sehingga lebih stabil dibandingkan asam nukleat alami. Sebagai contoh, peptide nucleic acids (PNA) memiliki rantai gula berupa unit aminoetilglisin berulang, yang tidak dikenali oleh mekanisme degradasi alami, sehingga menunjukkan stabilitas lebih tinggi.^[5][6]

Meskipun XNAs dapat berinteraksi dengan DNA, RNA, atau XNA lain, struktur kimia yang diubah menyebabkan molekul ini tidak dapat diproses oleh mekanisme seluler alami. Misalnya, DNA polimerase alami tidak mampu membaca maupun menyalin informasi genetik yang tersimpan dalam XNA. Akibatnya, informasi herediter pada XNA tidak dapat diakses oleh organisme berbasis DNA, suatu ciri yang membedakannya secara fungsional dari asam nukleat endogen.^[7][8]

Hingga tahun 2011, sedikitnya enam jenis gula atau turunan gula sintetis telah digunakan untuk membentuk rantai gula alternatif dari asam nukleat yang mampu menyimpan dan mengambil informasi genetik.^[9] Saat ini, penelitian banyak difokuskan pada pengembangan polimerase sintetis yang dapat mensintesis, mentranskripsi balik atau mentransfer informasi genetik antara Asam nukleat xeno (XNA) dan Asam deoksiribonukleat (DNA).^[10] Studi mengenai produksi, manipulasi dan aplikasi XNA telah menjadi landasan bagi terbentuknya bidang Xenobiologi modern, yang mempelajari sistem biologi alternatif yang berbeda dari mekanisme hidup alami.^[11][12]

Istilah asam nukleat xeno pertama kali diperkenalkan pada tahun 2009 dalam konteks xenobiologi. Namun, berbagai asam nukleat yang mengalami modifikasi gula telah diciptakan jauh sebelumnya.^[13] Sekitar lima dekade setelah penemuan DNA, pada awal tahun 2000-an, peneliti berhasil menciptakan sejumlah struktur menyerupai DNA, yang kemudian diklasifikasikan sebagai XNAs. XNAs merupakan polimer sintetis yang dapat membawa informasi genetik serupa DNA, tetapi tersusun dari konstituen molekul yang berbeda. ^[14]

Penelitian awal mengenai asam nukleat xeno (XNA) menunjukkan adanya keterbatasan dalam penerapannya karena enzim alami tidak dapat memproses atau menyalin molekul tersebut. Perkembangan signifikan dicapai setelah pengembangan enzim polimerase hasil rekayasa yang mampu menyalin XNA dari templat Asam deoksiribonukleat (DNA) serta melakukan transkripsi balik XNA menjadi DNA.^[15]

Penelitian oleh Pinheiro dkk. pada tahun 2012 yang diterbitkan dalam jurnal Science mendemonstrasikan kemampuan polimerase buatan dalam menyalin XNA pada urutan sepanjang sekitar 100 pasangan basa, menunjukkan bahwa informasi genetik dapat dipertukarkan antara sistem DNA dan XNA. Temuan ini menjadi bukti awal bahwa XNA dapat berperan sebagai sistem penyimpan informasi herediter yang stabil di luar mekanisme genetik alami.^[16][17]

Ahli biologi sintetik Philipp Holliger dan Alexander Taylor berhasil mengembangkan XNAzyme, yaitu bentuk enzim berbasis XNA yang berfungsi secara analog dengan ribozim (enzim berbasis RNA). XNAzyme menunjukkan bahwa XNA tidak hanya dapat menyimpan dan mentransmisikan informasi genetik, tetapi juga mampu melakukan katalisis biokimia.^[18]Penemuan tersebut memperluas pemahaman mengenai kemungkinan sistem genetik alternatif dan mendukung hipotesis bahwa bentuk kehidupan lain di luar Bumi berpotensi berkembang dengan dasar molekul selain DNA atau RNA. Hal ini menjadi salah satu dasar utama dalam bidang xenobiologi,^[19] yang meneliti sistem biologis buatan dengan struktur kimia nonalami sebagai upaya memahami batas dan asal-usul kehidupan.^[20][21]

1. ^ Chaput, John C.; Herdewijn, Piet (2019). "What Is XNA?". Angewandte Chemie International Edition (dalam bahasa Inggris). 58 (34): 11570–11572. doi:10.1002/anie.201905999. ISSN 1521-3773.
2. ^ Bian, Tianyuan; Pei, Yufeng; Gao, Shitao; Zhou, Songtao; Sun, Xinyu; Dong, Mingdong; Song, Jie (2024). "Xeno Nucleic Acids as Functional Materials: From Biophysical Properties to Application". Advanced Healthcare Materials (dalam bahasa Inggris). 13 (28): 2401207. doi:10.1002/adhm.202401207. ISSN 2192-2659.
3. ^ "n2:0305-1048 - Search Results". search.worldcat.org. Diakses tanggal 2025-11-01.
4. ^ Bian, Tianyuan; Pei, Yufeng; Gao, Shitao; Zhou, Songtao; Sun, Xinyu; Dong, Mingdong; Song, Jie (2024). "Xeno Nucleic Acids as Functional Materials: From Biophysical Properties to Application". Advanced Healthcare Materials (dalam bahasa Inggris). 13 (28): 2401207. doi:10.1002/adhm.202401207. ISSN 2192-2659.
5. ^ Chaput, John C.; Egli, Martin; Herdewijn, Piet (2025-07-08). "The XNA alphabet". Nucleic Acids Research. 53 (13): gkaf635. doi:10.1093/nar/gkaf635. ISSN 1362-4962. PMC 12255307. PMID 40650979.
6. ^ Schmidt, Markus (2010). "Xenobiology: A new form of life as the ultimate biosafety tool". BioEssays (dalam bahasa Inggris). 32 (4): 322–331. doi:10.1002/bies.200900147. ISSN 1521-1878. PMC 2909387. PMID 20217844.
7. ^ Christensen, Trevor A.; Lee, Kristi Y.; Gottlieb, Simone Z. P.; Carrier, Mikayla B.; Leconte, Aaron M. (2022-08-03). "Mutant polymerases capable of 2′ fluoro-modified nucleic acid synthesis and amplification with improved accuracy". RSC Chemical Biology (dalam bahasa Inggris). 3 (8): 1044–1051. doi:10.1039/D2CB00064D. ISSN 2633-0679. PMC 9347352. PMID 35975008.
8. ^ Schmidt, Markus; de Lorenzo, Víctor (2012-07-16). "Synthetic constructs in/for the environment: Managing the interplay between natural and engineered Biology". FEBS Letters (dalam bahasa Inggris). 586 (15): 2199–2206. doi:10.1016/j.febslet.2012.02.022. ISSN 0014-5793. PMC 3396840. PMID 22710182.
9. ^ Pinheiro, Vitor B.; Taylor, Alexander I.; Cozens, Christopher; Abramov, Mikhail; Renders, Marleen; Zhang, Su; Chaput, John C.; Wengel, Jesper; Peak-Chew, Sew-Yeu (2012-04-20). "Synthetic genetic polymers capable of heredity and evolution". Science (New York, N.Y.). 336 (6079): 341–344. doi:10.1126/science.1217622. ISSN 1095-9203. PMC 3362463. PMID 22517858.
10. ^ Pinheiro, Vitor B.; Taylor, Alexander I.; Cozens, Christopher; Abramov, Mikhail; Renders, Marleen; Zhang, Su; Chaput, John C.; Wengel, Jesper; Peak-Chew, Sew-Yeu (2012-04-20). "Synthetic Genetic Polymers Capable of Heredity and Evolution". Science. 336 (6079): 341–344. doi:10.1126/science.1217622. PMC 3362463. PMID 22517858.
11. ^ Schmidt, Markus (2010-04). "Xenobiology: A new form of life as the ultimate biosafety tool". BioEssays (dalam bahasa Inggris). 32 (4): 322–331. doi:10.1002/bies.200900147. ISSN 0265-9247. PMC 2909387. PMID 20217844.
12. ^ Schmidt, Markus (2010). "Xenobiology: A new form of life as the ultimate biosafety tool". BioEssays (dalam bahasa Inggris). 32 (4): 322–331. doi:10.1002/bies.200900147. ISSN 1521-1878. PMC 2909387. PMID 20217844.
13. ^ Chaput, John C.; Herdewijn, Piet (2019). "What Is XNA?". Angewandte Chemie International Edition (dalam bahasa Inggris). 58 (34): 11570–11572. doi:10.1002/anie.201905999. ISSN 1521-3773.
14. ^ Gonzalez, Robbie. "XNA is synthetic DNA that's stronger than the real thing". io9 (dalam bahasa American English). Diakses tanggal 2025-11-01.
15. ^ Gonzalez, Robbie. "XNA is synthetic DNA that's stronger than the real thing". io9 (dalam bahasa American English). Diakses tanggal 2025-11-01.
16. ^ "Synthetic DNA Created, Evolves on Its Own". Science (dalam bahasa Inggris). 2025-11-01. Diakses tanggal 2025-11-01.
17. ^ Pinheiro, Vitor B.; Taylor, Alexander I.; Cozens, Christopher; Abramov, Mikhail; Renders, Marleen; Zhang, Su; Chaput, John C.; Wengel, Jesper; Peak-Chew, Sew-Yeu (2012-04-20). "Synthetic genetic polymers capable of heredity and evolution". Science (New York, N.Y.). 336 (6079): 341–344. doi:10.1126/science.1217622. ISSN 1095-9203. PMC 3362463. PMID 22517858.
18. ^ Taylor, Alexander I.; Wan, Christopher J.K.; Donde, Maria J.; Peak-Chew, Sew Yeu; Holliger, Philipp (2022-11). "A modular XNAzyme cleaves long, structured RNAs under physiological conditions and enables allele-specific gene silencing". Nature Chemistry. 14 (11): 1295–1305. doi:10.1038/s41557-022-01021-z. ISSN 1755-4330.
19. ^ Medical Research Council, MRC (2015-11-23). "World's first artificial enzymes created using synthetic biology". www.mrc.ac.uk (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2025-11-01.
20. ^ pmabbs (2014-12-01). "Evolution of catalysis: alternatives to nature's molecules". MRC Laboratory of Molecular Biology (dalam bahasa Inggris (Britania)). Diakses tanggal 2025-11-01.
21. ^ Taylor, Alexander I.; Houlihan, Gillian; Holliger, Philipp (2019-06). "Beyond dna and rna: The expanding toolbox of synthetic genetics". Cold Spring Harbor Perspectives In Biology. 11 (6). doi:10.1101/cshperspect.a032490. ISSN 1943-0264.