Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего совершили прорыв в области синтетической биологии, сумев удвоить стандартный генетический алфавит. В ходе экспериментов им удалось доказать, что природный клеточный фермент способен корректно считывать информацию с искусственно созданной молекулы ДНК, содержащей восемь различных элементов вместо привычных четырех.
Разработанная учеными система получила название хатимодзи-ДНК, что в переводе с японского означает «восемь букв». К четырем естественным нуклеотидам специалисты добавили четыре лабораторных аналога, которые формируют дополнительные пары. Такое расширение позволяет хранить в молекуле наследственной информации существенно больший объем данных по сравнению с природным кодом.
Ключевой задачей для ученых стало подтверждение того, что расширенный алфавит может быть распознан внутриклеточными механизмами. Внимание исследователей было сосредоточено на РНК-полимеразе, выделенной из кишечной палочки. Этот фермент отвечает за процесс транскрипции, в ходе которого информация с ДНК переписывается на матричную РНК для последующего синтеза белков. Проведенные биохимические тесты продемонстрировали, что фермент безошибочно определяет обе синтетические пары оснований и успешно переносит закодированные с их помощью данные в структуру РНК.
Для детального изучения процесса специалисты применили метод криоэлектронной микроскопии, который позволил зафиксировать взаимодействие фермента с нестандартной ДНК. Выяснилось, что полимераза распознает рукотворные нуклеотиды, опираясь на те же физико-химические параметры, что и при работе с обычными основаниями. В дополнительном исследовании той же научной группы был получен неожиданный результат: фермент успешно считал информацию с пары, лишенной водородных связей, которые считаются критически важными для стабильности природной спирали. Это указывает на то, что решающую роль в распознавании играют форма и пространственное расположение молекулы.
Полученные данные открывают новые перспективы для создания молекул с уникальными свойствами и разработки передовых биотехнологических продуктов. В перспективе такие разработки могут лечь в основу инновационных методов диагностики и создания лекарственных препаратов. При этом авторы подчеркивают, что их работа не предполагала создание нового живого организма, а лишь подтвердила принципиальную возможность взаимодействия природных клеточных механизмов с расширенным генетическим кодом.
Результаты основной работы были опубликованы в научном журнале Nature Communications, а сопутствующее исследование вышло в Proceedings of the National Academy of Sciences. Руководил обоими проектами профессор Дун Ван, представляющий Школу фармацевтических наук Калифорнийского университета в Сан-Диего, сообщает Московский комсомолец.