2260
Усі відомі живі організми на Землі користуються однією й тією самою чотирилітерною генетичною абеткою ДНК. Команда з Університету Каліфорнії в Сан-Дієго показала, що ключовий клітинний фермент здатний точно читати й транскрибувати розширений варіант цієї абетки з вісьмома літерами. Про це повідомляє ScienceDaily.
Результати свідчать, що клітини можуть використовувати вже наявну молекулярну «машинерію», щоб працювати з синтетичною генетичною інформацією. Це наближає синтетичну біологію до давньої мети — створення розширених генетичних систем, здатних виконувати зовсім нові біологічні функції та синтезувати сполуки, яких немає в природі.
Як клітинний фермент читає восьмибуквенну ДНК
Дослідники зосередилися на РНК-полімеразі — ферменті, який зчитує ДНК і створює на її основі РНК. Це перший крок у реалізації генетичної інформації, тобто в експресії генів.
Щоб з’ясувати, як РНК-полімераза поводиться із синтетичною ДНК, команда поєднала біохімічні експерименти з високороздільною кріоелектронною мікроскопією. Ця технологія дає змогу побачити структури на масштабах, менших за ширину окремого атома.
На зображеннях вчені зафіксували детальні структурні стани РНК-полімерази бактерії Escherichia coli (E. coli), коли вона розпізнає та вбудовує два штучні пари основ у ДНК. Ці синтетичні «літери» не зустрічаються в природі.
Аналіз показав, що фермент розпізнає штучні основи за багатьма тими самими біохімічними та структурними сигналами, які він використовує для природних пар основ. Це пояснює, чому РНК-полімераза може точно копіювати інформацію, записану розширеною генетичною абеткою.
У пов’язаному дослідженні, опублікованому в журналі PNAS, та сама команда виявила, що РНК-полімераза здатна розпізнавати ще одну пару синтетичних основ, навіть попри те, що вони не мають водневих зв’язків, які зазвичай допомагають утримувати пари основ ДНК разом.
Синтетична ДНК як основа нових технологій
Значення роботи виходить далеко за межі кращого розуміння того, як працює ДНК. Попередні дослідження вже використовували розширені генетичні абетки для створення синтетичних ДНК-молекул, здатних вибірково розпізнавати, наприклад, клітини раку печінки.
Тепер, коли вчені на молекулярному рівні показали, як РНК-полімераза читає й транскрибує неприродні літери ДНК, з’являється міцна основа для технологій, побудованих на розширених генетичних кодах.
Серед можливих застосувань називають:
- нові діагностичні інструменти, які точніше розпізнають клітини або молекули-мішені;
- терапевтичні засоби на основі синтетичних нуклеїнових кислот;
- інженерні біологічні системи з функціями, що не зустрічаються в природі.
Два дослідження про розширені генетичні коди
Основні результати щодо восьмибуквеної абетки, відомої як «хачімодзі», описані в роботі «Structural basis of transcription of the hachimoji eight-letter alphabet by E. coli RNA polymerase», опублікованій у журналі Nature Communications. Дослідження очолив професор Донг Ван (Dong Wang) з Школи фармації та фармацевтичних наук Скеггса Університету Каліфорнії в Сан-Дієго.
Друге дослідження, опубліковане в Proceedings of the National Academy of Sciences під назвою «Hydrophobic unnatural base pair promotes trigger loop closure and catalysis in cellular RNA polymerase independent of hydrogen bonding», також очолював Ван. У ньому детально розглянуто, як гідрофобна неприродна пара основ сприяє роботі РНК-полімерази без участі традиційних водневих зв’язків.
Разом ці роботи демонструють, що клітинні ферменти можуть бути набагато гнучкішими, ніж вважалося раніше, і здатні працювати з розширеними генетичними кодами. Наступні кроки полягатимуть у тому, щоб перетворити ці фундаментальні знання на практичні біотехнології та медичні інструменти.
Фермент клітини навчили читати ДНК з вісьмома літерами з’явилася спочатку на Цікавості.
