Искусственные ДНК могут заменить настоящие

Искусственные ДНК могут заменить настоящие

Возможно, совсем скоро наш словарь обогатится новыми терминами. Международная команда исследователей обнаружила, что репликатор ДНК человека работает с искусственными блоками ДНК так, словно они имеют естественное происхождение.

Если ученые докажут, что искусственные строительные блоки ДНК работают также хорошо как человеческие и безопасны в использовании, специалисты смогут создать биологический материал для новых молекул, аналогов которым нет в человеческом теле. Искусственная ДНК также может стать базой при создании частично искусственного организма — киборга.

Код ДНК во всех живых существах состоит из 4 различных молекул, называемых основания: A (аденин), T (тимин), C (цитоцин) и G (гуанин). В двойной спирали ДНК, основания всегда группируются на основании особых связей: А с Т, а С с G. В 2008 году группе исследователей удалось создать третью, искусственную пару молекул ДНК, связанных между собой — NaM и 5SICS. В новое исследовании, ученые использовали технику под названием рентгено-кристаллография для того, чтобы зафиксировать репликацию оснований A, T, C, G, NaM и 5SICS в тестовом эксперименте.

Репликация ДНК является важным биологическим процессом, который происходит настолько часто, чтобы клетки могли передать свою генетическую информацию новым клеткам, создающимся постоянно, таким как клетки кожи и крови, которые заменяют старые, изношенные клетки.

После изобретения оснований NaM и 5SICS, некоторые группы исследователей обнаружили, что нить естественных ДНК, с вплетенными в нее основаниями NaM и 5SICS будет продолжать успешно копироваться, как если бы все основания состояли из естественных ДНК.

Ученые не знают почему это происходит. Ученые опасаются, что им удалось каким-то образом «обмануть» естественный репликатор человеческого ДНК, под названием ДНК-полимераза, говорит Флойд Ромесберг, химик исследовательского института Скриппс, Калиформания. Ромесберг являлся одним из изобретателей искусственных оснований NaM и 5SICS, и был также вовлечен в новое исследование, результаты которого опубликованы в журнале Естественной Биохимии.

Исследователи сфотографировали естественный ДНК с человеческими блоками, для того, чтобы выяснить как работает репликатор ДНК как с естественными, так и искусственными строительными блоками ДНК. Их открытия могут стать шагом вперед к созданию частично искусственного организма.

Натуральные пары оснований A, C, G и T обладают особой формой и выстраиваются друг с другом строго по краю, когда находятся в спирали ДНК. Ученые утверждают, что их форма и строгое встраивание важны для того, чтобы ДНК-полимераза работала должным образом. С другой стороны, форма оснований NaM и 5SICS не походит на естественную. Они не используют те же самые химические связи, как и естественные основания, и они выстраиваются строго по краю.

При помощи рентгено-кристаллографических изображений, Ромесберг — вместе со своими коллегами из Сан-Диего, Калиформания и Германии — обнаружил, что, несмотря на то, что NaM и 5SICS не примыкают строго к естественным основаниям нити ДНК, они меняются с ними местами, поэтому им удается удачно копироваться при участии ДНК-полимеразы.

«Скорее всего, ДНК-полимераза вызывает естественное склеивание искусственных оснований в структуру, которая по форме не отличима от естественной пары молекул ДНК», говорит Денис Малышев, русский ученый, также занятый в проекте. Он и его калифорнийские коллеги, считают, что химические связи, используемые искусственными основаниями для связи, гибки и могут легко изменять свое местоположение.

Также было выявлено, что когда искусственные основания прокают в полимеразу, как лист бумаги в копировальную машину, полимераза не замечает их искусственности и ведет себя так, словно репликации подвергаются естественные основания ДНК. Было обнаружено, что полимераза отказывается сочетать искусственные основания с естественными, что очень похоже на методы взаимодействия оснований А с Т, и С с G.

В будущем искусственные строительные блоки ДНК, такие как NaM и 5SICS, могут дополнить ДНК-словарь терминов. Синтетические основания могут работать даже в том случае, если их форма отличается от естественной. Основное условие это гибкие химические связи.

Ромесберг, Малышев и их коллеги работают сегодня над изменением NaM и 5SICS, с тем, чтобы их репликация происходила еще эффективнее, по скорости равной копированию естественной ДНК. Как только данная задача будет выполнена, можно начать постепенное создание искусственных организмов. «Если нам удастся заставить эту новую пару оснований успешно копироваться в живом организме, нам удастся создать наполовину искусственный организм», сказал Ромесберг.

Автор

Запись опубликована 10 Июнь 2012 в разделе Нано