Создана искусственная ДНК

23.04.201217390
Почти все живые организмы имеют единый генетический язык – ДНК. Однако ученые продемонстрировали, что некоторые, созданные в лаборатории, варианты нуклеиновой кислоты могут хранить и передавать информацию так же, как природная ДНК. Научная группа под руководством Филиппа Холлигера (Philipp Holliger), синтетического биолога из Лаборатории Молекулярной Биологии Совета по Медицинским Исследованиям (Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology, Великобритания), считает, что альтернативные молекулы могли бы помочь в разработке новых лекарственных препаратов и нанотехнологий. Результаты исследования опубликованы в журнале Science [1].

Молекула ДНК состоит из четырех типов азотистых оснований – аденина (А), цитозина (С), гуанина (G) и тимина (Т) – расположенных на остове из сахара дезоксирибозы и фосфатной группы. Искусственные полимеры, названные XNA, содержат нормальный генетический «алфавит» на остове, созданном на основе других сахаров. Ранее ученым уже удавалось создавать XNA, распознающие и связывающие генетические последовательности, для экспериментальных и биомедицинских целей, однако синтезировать их в большом количестве оказалось довольно сложно.

«Каждый раз молекулы приходилось синтезировать снова, поскольку до настоящего времени не удавалось их копировать», - говорит Джеральд Джойс (Gerald Joyce), биохимик из Исследовательского Института Скриппса (Scripps Research Institute, США).

Научная группа Холлигера создала ферменты, способствующие сборке и репликации шести типов XNA. Ферменты транскрибировали ДНК в различные XNA, на основе которых затем синтезировались новые цепочки ДНК с точностью 95%.

«Это большой шаг вперед, - говорит Эрик Кул (Eric Kool), химик из Стэнфордского Университета (Stanford University, США), - Пока сложно сказать, насколько хорошо будет работать этот метод, но работать он будет».

Точная передача информации от ДНК к XNA позволила ученым выбрать только те XNA, которые были присоединены к определенным белкам-мишеням из пула случайных образцов. «В первую очередь это говорит о том, что у таких альтернативных цепочек нуклеиновой кислоты возможны репликация и передача наследственной информации», - говорит Холлигер.

Обмен информацией

Другие ученые, включая научную группу из Фонда Прикладной Молекулярной Эволюции (Foundation for Applied Molecular Evolution, США) под руководством Стивена Беннера (Steven Benner), реплицировали нуклеиновую кислоту, используя искусственно созданные нуклеотиды и природный остов ДНК [2]. «Сочетание таких искусственных нуклеотидов с модифицированным сахарным остовом, который был бы прочнее, чем у природных ДНК и РНК, позволило бы противостоять химической деградации молекул», - говорит Холлигер.

Биотехнологи смогли бы найти применение искусственным молекулам – например, XNA могли бы связывать и ингибировать белки, вовлеченные в развитие макулярной дегенерации. По мнению других ученых, такие полимеры могли быть первыми генетическими молекулами на Земле. ДНК и РНК построены на сахарном остове, который относительно сложно синтезировать, и многие ученые считают, что первые молекулы были устроены гораздо проще.

В 2000 г. химик Альберт Эшенмозер (Albert Eschenmoser), ранее работавший в Швейцарском Государственном Технологическом Институте (Swiss Federal Institute of Technology) в Цюрихе (Швейцария), и его коллеги сообщили о разработке молекулы TNA [3] – XNA с остовом из альфа-1-треофуранозил нуклеиновой кислоты (α-l-threofuranosyl nucleic acid). Они показали, что TNA может строить нить, комплементарную ДНК, и даже складываться в двойную спираль. Многие ученые считают эту молекулу вероятным кандидатом на самую раннюю генетическую молекулу на Земле.

Раманарайанан Кришнамурти (Ramanarayanan Krishnamurthy), химик из Института Скриппса и соавтор исследования TNA, отмечает, что ферменты, разработанные научной группой Холлигера, поспособствуют быстрому развитию синтетической биологии и данной области в частности. Новые ферменты показали, что ДНК может эффективно обмениваться генетической информацией с TNA и многими другими молекулами.

По словам Кришнамурти и Джойса, несмотря на то, что ученые теперь эффективно могут реплицировать искусственные гены, устойчивые к биодеградации, XNA все еще зависит от ферментов репликации ДНК. «До создания синтетической формы жизни еще очень далеко», - говорит Джойс.



Синтетическая XNA с отличным от природной ДНК сахарным остовом проявляет многие свойства настоящей нуклеиновой кислоты. (фото: N. Overy/Shutterstock;Nature)

Оригинальная статья: Helen Shen

Литература:
1. Pinheiro, V. B., et al. Science 336, 341–344 (2012).
2. Yang, Z., Chen, F., Alvarado, J. B. & Benner, S. A. J. Am. Chem. Soc. 133, 15105–15112 (2011).
3. Schöning, K.-U., et al. Science 290, 1347–1351 (2000).

По материалам Nature News

Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей