К четырем буквам генетического алфавита "книги жизни" прибавилось еще две

Наследственная информация всех живых организмов закодирована в молекулах ДНК с помощью четырех букв генетического алфавита. Теперь ученые добавили к ним еще две буквы

02.07.2014 в 15:36, просмотров: 2439

С того момента, как ученые расшифровали структуру ДНК - носителя наследственной информации во всех живых организмах - прошло более 60 лет. Исследователи выяснили, что с химической точки зрения ДНК является полимером, макромолекула которого состоит из повторяющихся звеньев - нуклеотидов, и что каждый нуклеотид представляет собой комбинацию из азотистого основания, сахара-дезоксирибозы и фосфатной группы, и что в молекуле ДНК встречаются лишь четыре вида азотистых оснований - аденин, гуанин, тимин и цитозин.

К четырем буквам генетического алфавита
фото: ru.wikipedia.org
Генетический код. В ДНК используется четыре азотистых основания — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т.

Они обозначаются буквами А, Г, Т и Ц, которые принято именовать генетическим алфавитом, ведь именно последовательность азотистых оснований в молекуле ДНК и является тем кодом, что обеспечивает хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию программы развития и функционирования всех живых организмов. В популярной литературе утвердился своего рода образ-штамп: алфавитом, состоящим из четырех букв А, Г, Т, и Ц, написана книга жизни.

Но в последние годы исследователи, работающие в сфере так называемой синтетической биологии, почувствовали, что столь скудного алфавита им для реализации некоторых интересных идей уже не хватает. А потому взялись за создание искусственных, не существующих в природе нуклеотидных оснований. Теперь американским ученым удалось внедрить их в геном живой бактерии - кишечной палочки Escherichia coli.

Стоит помнить, что молекула ДНК практически всегда состоит из двух цепочек (двойная спираль) и что азотистые основания одной цепочки соединены водородными связями с азотистыми основаниями другой цепочки, причем аденин образует пары только с тимином, а гуанин - только с цитозином. Теперь американские генетики обогатили геном энтеробактерии парой искусственных нуклеотидных оснований. Обозначения этих субстанций больше напоминают компьютерные пароли доступа повышенной надежности, чем пригодные в практике названия: одно вещество именуется d5SICSTP, другое dNaMTP. Но сами разработчики предпочитают называть их для простоты соответственно X и Y.

Оба искусственных азотистых основания ученые синтезировали так, чтобы они по своим химическим свойствам существенно отличались от природных. Руководитель проекта Флойд Роумсберг, профессор химии в Исследовательском институте Скриппса в Ла-Холья, штат Калифорния, говорит: "Природные пары азотистых оснований характеризуются чрезвычайно высокой гидрофильностью, они образуют между собой водородные связи. Мы же хотели, чтобы наши искусственные основания с ними не смешивались - как жир и вода, - поэтому изначально конструировали их так, чтобы они были гидрофобными".

На поиск подходящих субстанций ушло более десяти лет. С одной стороны, это должны были быть вещества, вообще не встречающиеся в природе. С другой стороны, имеющаяся в любой живой клетке ферментная система репарации, исправляющая повреждения ДНК, должна была не замечать данную аномалию, не воспринимать эти искусственные субстанции как чужеродные и подлежащие удалению. Все клеточные механизмы должны были работать как обычно, обрабатывать наследственную информацию так же, как если бы она была записана алфавитом из стандартных четырех букв, а не из шести. И в процессе деления клетки репликация этой необычной молекулы ДНК должна была, как положено, приводить к образованию двух дочерних копий, идентичных исходной родительской.

"Мы много лет занимаемся созданием неприродных нуклеотидов, - поясняет профессор Роумсберг. - Мы испробовали более 300 вариантов. Однако лишь теперь мы подобрали, наконец, такую пару нуклеотидных оснований, которую удалось интегрировать в живую бактерию. И добиться нормальной репликации этой необычной ДНК".

Неясно выживет ли бактерия, если в ее геном внедрить не одну пару оснований X-Y, а множество таких пар. Непонятно также, долго ли проживет такая полусинтетическая кишечная палочка и долго ли в ней будут сохраняться чужеродные буквы генетического алфавита. По крайней мере, в журнале Nature речь идет лишь о 24 репликациях в течение 15 часов, сообщает Deutsche Welle. А самое главное, неясно, способны ли искусственные нуклеотиды участвовать в производстве белков.

Роумсберг надеется, что генетический код из шести вместо четырех букв позволит придать бактерии целый ряд полезных биохимических свойств, которых она изначально не имела: "Так можно производить лучшие лекарства - и быстрее".



Партнеры