ДНК состоит из двух нуклеотидных нитей, которые соединены друг с другом водородными связями. Эти связи очень сильны, поэтому внедриться внутрь двойной спирали и изменить зашифрованную в ней генетическую информацию непросто. Однако новая молекула, созданная сотрудниками Университета Карнеги-Меллон, облегчает эту задачу.
Команда, о работе которой рассказывает EurekAlert, включает мировых лидеров в разработке гамма-пептидных нуклеиновых кислот (гамма-ПНК). Эти синтетические аналоги ДНК и РНК можно запрограммировать таким образом, чтобы они соединялись с определенными генами — например, теми, что связаны с наследственными заболеваниями.
В новом исследовании ученые создали гамма-ПНК, способные связываться с обеими цепями двойной спирали ДНК или РНК. «Двуликие» молекулы получили название в честь древнеримского бога Януса.
Ранее создание подобных ПНК осложнялось по нескольким причинам. Ученые могли синтезировать лишь небольшое количество «янусовых» молекул, которые к тому же значительно отличались по форме и размеру. Кроме того, ПНК часто соединялись друг с другом, вместо того чтобы прикрепляться к ДНК или РНК.
В новом исследовании эти ограничения были преодолены. Ученые создали набор из 16 гамма-ПНК, которые покрывают все возможные комбинации пар оснований. Комбинация нескольких таких молекул позволяет выявить и заблокировать любой участок ДНК или РНК. Новый подход также помог избежать гибридизации «янусовых» молекул друг с другом
Разработанные гамма-ПНК — первые, которые могут внедряться внутрь двойной спирали ДНК или РНК при физиологических условиях. Проникновение происходит, когда спираль на доли секунды расплетается. В этот момент «янусова» молекула вставляет себя между отдельными нитями, соединяясь с обеими цепями.
Разработка имеет широкий спектр биологических и медицинских применений. Например, гамма-ПНК можно использовать для редактирования генов.
Кроме того, структура «янусовых» молекул позволяет менять последовательность РНК, которые выполняют в клетке множество различных функций. Биотех-стартапы и фармацевтические компании уже заинтересовались возможностями новой разработки.
Исследователи из Гарварда и Массачусетского технологического института предложили использовать для генного редактирования внутриклеточную систему автокоррекции. Сделать это можно благодаря ИИ, предсказывающему, как клетка отреагирует на разрыв ДНК в той или иной точке.
