Все живое на Земле использует одну и ту же систему хранения наследственной информации: ДНК состоит из четырех букв — аденина (A), тимина (T), гуанина (G) и цитозина ©, которые образуют две комплементарные пары (A-T и G-C). Ученые мечтают расширить этот алфавит, добавив искусственные буквы, чтобы записывать новые слова генетического кода, которых нет в природе. Однако для этого необходимо, чтобы клеточная машинерия — прежде всего РНК-полимераза, которая считывает ДНК и синтезирует РНК — смогла корректно распознавать и обрабатывать эти чужеродные основания, пишет Science Daily.
Специалисты из Калифорнийского университета в Сан-Диего использовали два искусственных основания, которые образуют пары с четырьмя водородными связями (вместо двух у A-T и трех у G-C) и имеют совершенно иную химическую структуру. Чтобы понять, как РНК-полимераза из кишечной палочки справляется с такой «незнакомой» ДНК, исследователи применили криоэлектронную микроскопию, позволяющую видеть отдельные атомы. Они заморозили комплекс фермента с синтетической ДНК в разные моменты транскрипции и получили трехмерные структуры с разрешением около 2-3 ангстрем, то есть меньше диаметра одного атома углерода.
Удивительно, но фермент опознавал синтетические пары оснований при помощи тех же биохимических и структурных сигналов, какие он использовал в случае природных азотистых оснований. Более того, в сопутствующей статье та же команда исследователей показала, что РНК-полимераза способна распознавать еще одну пару синтетических букв, у которых вообще нет водородных связей, какие обычно удерживают пары оснований.
Это означает, что фермент гораздо более терпим к химической структуре ДНК, чем считалось, и его можно использовать для работы с самыми разными искусственными алфавитами.
Практический потенциал этого открытия огромен. Расширенный генетический код позволит в будущем создавать белки с неестественными аминокислотами, которые обладают новыми функциями — например, более эффективные ферменты, биоразлагаемые пластики с заданными свойствами или лекарственные молекулы, которые не вызывают иммунного ответа.
До сих пор синтез ДНК требовал сложных химических реагентов, дорогостоящего оборудования и высококвалифицированного персонала. Исследователи из Южной Кореи создали технологию, позволяющую синтезировать любую заданную ДНК, управляя исключительно температурой.
