Как ученые разработали полусинтетический организм с «лишней» парой оснований в ДНК
Продукт генной инженерии – бактерия с двумя искусственно
добавленными «буквами» генетического алфавита (не встречающимися в
природе азотистыми основаниями) – оказалась способна к воспроизводству.
«Жизнь
на нашей планете во всем ее многообразии закодирована всего двумя
парами оснований, AT и CG, но мы создали организм, содержащий помимо них
еще и третью, не встречающуюся в природе пару», — говорит Флойд
Ромсберг, возглавлявший команду исследователей из американского
Исследовательского института Скриппс (TSRI).
С конца 1990-х
годов Ромсберг и его коллеги искали молекулы, которые могли бы сыграть
роль новых азотистых оснований и, в принципе, войти в состав невиданных
доселе белков и живых организмов.
Задача оказалась не из
простых. Основания новой пары должны быть связаны примерно с той же
аффинностью (силой взаимодействия), что и в природных парах аденин-тимин
и цитозин-гуанин. Искусственная пара оснований должна четко
встраиваться в структуру ДНК, напоминающую спирально закрученный
замок-молнию: в ходе естественных процессов репликации ДНК и
транскрипции «молния» с «нестандартными зубцами» должна без помех
«расстегиваться» и «застегиваться». Не стоит забывать и о естественных
механизмах репарации ДНК, которые стремятся исправить химические
повреждения ДНК — а ведь именно в эту категорию попадают «чужеродные»
молекулы в ее структуре.
Несмотря на трудности, с которыми
столкнулись ученые, к 2008 году они уже выявили ряд молекул, способных
включаться в структуру ДНК почти также, как природные пары оснований, и
показали, что в присутствии нужных ферментов такая ДНК способна к
репликации. Вскоре им удалось найти ферменты, способные транскрибировать
такую полусинтетическую ДНК в РНК.
Однако процессы, которые бойко идут в пробирке, нелегко запустить в живой клетке.
Объектом
новой работы команды Ромсберга стала широко известная бактерия E.coli.
Ученые синтезировали участок кольцевой ДНК бактерии (плазмиды), встроив в
него пар молекул, получивших обозначения d5SICS и dNaM, наряду с
естественными парами оснований TA и CG. Задачей ученых было заставить
полусинтетическую бактерию воспроизводить этот фрагмент в своем ДНК в
условиях, максимально приближенных к естественным.
Поспешим
утешить тех, кто уже представил себе сценарий неконтролируемого «побега»
страшных бактерий из лаборатории: молекулярные «кирпичики», необходимые
для синтеза d5SICS и dNaM, отсутствуют в живых клетках. Чтобы
поддержать репликацию ДНК E. coli, ученым потребовалось добавлять нужные
вещества (нуклеозидтрифосфаты) в раствор, в котором обитали бактерии, а
для доставки их внутрь клетки использовались специальные транспортные
молекулы. После долгих поисков удалось обнаружить лишь одно более или
менее подходящее для транспорта «стройматериалов» соединение — его
производит один из видов микроводорослей.
В созданных условиях
E. coli беспрепятственно воспроизводят свою полусинтетическую ДНК, что
приятно удивило ученых, которые готовились к новым трудностям —
например, препятствиям со стороны механизмов репарации ДНК. При
прекращении поступления нуклеозидтрифосфатов пара d5SICS-dNaM
естественным образом заменялась на одну из обычных, и клетка спокойно
возвращалась к своему «исходному коду», «записанному» основаниями A, T, G
и C:
Материалы публикуемые на "НАШЕЙ ПЛАНЕТЕ" это интернет обзор российских и зарубежных средств массовой информации по теме сайта. Все статьи и видео представлены для ознакомления, анализа и обсуждения.
Мнение администрации сайта и Ваше мнение, может частично или полностью не совпадать с мнениями авторов публикаций. Администрация не несет ответственности за достоверность и содержание материалов,которые добавляются пользователями в ленту новостей.
