Mokslininkai ką tik išplėtė DNR: naujos biologinės sistemos taps įmanomos

Sekite TechNaujienos Google

Visa žinoma gyvybė Žemėje genetinei informacijai saugoti naudoja vos keturias DNR „raides“ – A, T, C ir G. Tačiau mokslininkai parodė, kad viena svarbiausių ląstelės molekulinių mašinų gali gana tiksliai perskaityti ne keturių, o net aštuonių raidžių genetinę abėcėlę. Tai gali atverti kelią visiškai naujoms sintetinės biologijos sistemoms, kurių cheminės galimybės būtų gerokai platesnės nei natūralios DNR.

Rugsėjo 2 d. žurnale „Nature Communications“ paskelbtame tyrime UC San Diego ir kitų institucijų mokslininkai aprašė vadinamąją „Hachimoji“ genetinę sistemą. Be keturių natūralių nukleotidų, joje naudojamos keturios sintetinės „raidės“, sudarančios dvi papildomas bazių poras – P:Z ir B:S.

Svarbiausias klausimas buvo ne vien tai, ar tokias dirbtines DNR raides galima sukurti laboratorijoje. Kad jos būtų praktiškai naudingos, biologinė sistema turi sugebėti jas perskaityti. Tyrėjai parodė, kad Escherichia coli bakterijos RNR polimerazė – fermentas, kuris nuskaito DNR ir pagal ją gamina RNR – gali efektyviai atpažinti ir transkribuoti visas aštuonias genetinės abėcėlės raides.

Ląstelės fermentas sintetines „raides“ atpažino beveik kaip natūralias

Eksperimentuose sintetinės P:Z ir B:S poros buvo įterptos į DNR šablonus, o mokslininkai stebėjo, ar RNR polimerazė sugeba pasirinkti tinkamą partnerį ir tęsti transkripciją. Rezultatai parodė, kad dirbtinės bazės buvo įtraukiamos selektyviai, o P:Z poros įtraukimo greitis buvo tik maždaug du kartus mažesnis nei vienos iš natūralių DNR porų tomis pačiomis sąlygomis.

Naujausi straipsniai

4 min. skaitymo • prieš 1 minutė

Ši dyzelinių automobilių klaida gali baigtis tūkstantine sąskaita: taip užkemšamas DPF

3 min. skaitymo • prieš 17 minučių

Pilate 98 benziną manydami, kad jis geresnis? Daugeliui automobilių tai – pinigų švaistymas

3 min. skaitymo • prieš 23 minutės

Kameros jau ir tualete: dirbtinis intelektas analizuoja, ką žmogus palieka po savęs

Visi naujausi straipsniai →

Naudodami didelės skiriamosios gebos krioelektroninę mikroskopiją tyrėjai taip pat nustatė fermento struktūrą tuo metu, kai jis dirba su sintetinėmis bazėmis. Paaiškėjo, kad RNR polimerazė jas aktyviajame centre iš esmės „mato“ panašiai kaip natūralias Watsono ir Cricko bazines poras. Tyrimo autoriai teigia, kad tai suteikia mechanistinį pagrindą aštuonių raidžių genetinei sistemai veikti ląstelės tipo transkripcijos mechanizme.

UC San Diego pažymi, kad tokia išplėsta abėcėlė gali leisti biologinėms sistemoms atlikti funkcijas arba kurti junginius, kurių gamtoje nėra. Ankstesniuose tyrimuose išplėstos genetinės abėcėlės jau buvo panaudotos kuriant sintetines DNR molekules, galinčias atpažinti kepenų vėžio ląsteles. Tai viena priežasčių, kodėl ši technologija domina ne tik fundamentaliąją biologiją, bet ir diagnostikos bei vaistų kūrimo sritis.

Iki „naujos gyvybės“ dar labai toli

Nors rezultatas skamba kaip genetinio kodo perrašymas, svarbi riba išlieka. Tyrimas neparodė, kad mokslininkai jau sukūrė savarankiškai gyvenantį organizmą su aštuonių raidžių genomu. Taip pat dar nepasiektas pilnas tokios sistemos panaudojimas baltymų gamybai – pats tyrimas tai įvardija kaip ateities tikslą. Dabartinis proveržis yra esminis tarpinis žingsnis: parodyta, kad sudėtinga ląstelinė RNR polimerazė gali skaityti išplėstą genetinę informaciją ir ją perrašyti į RNR.

Tai svarbu todėl, kad daugiau genetinių „raidžių“ teoriškai reiškia daug didesnę galimų molekulinių kombinacijų įvairovę. Tokios sistemos galėtų būti naudojamos kuriant naujus RNR aptamerus, diagnostikos priemones, terapines molekules ar biologinius katalizatorius. Sintetinė biologija jau dabar sparčiai plečia ribas – anksčiau rašėme ir apie tai, kaip laboratorijose pasitelkiamas dirbtinis intelektas naujoms biologinėms konstrukcijoms kurti.

Kartu tokie tyrimai rodo, kad pati gyvybės naudojama cheminė „kalba“ nėra vienintelė teoriškai įmanoma. Keturių raidžių DNR abėcėlė yra universali visai mums žinomai gyvybei, tačiau naujasis darbas parodo, kad bent dalis natūralios ląstelės mechanikos gali veikti ir su gerokai platesne genetine sistema. Būtent tai ateityje gali tapti pagrindu biologijai, kurios funkcijų gamta pati niekada nesukūrė.