Создано пять новых видов нуклеиновых кислот
Удалось осуществить перенос генетической информации между ДНК и несколькими видами новых нуклеиновых кислот, собранных на иной углеводной основе. Нуклеиновых кислот немного: если отбросить пространственно-структурные разновидности и сосредоточиться только на химическом строении, мы останемся с двумя хорошо известными ДНК и РНК.
Для хранения генетической информации подходят обе, хотя подавляющее
большинство организмов для этой цели использует ДНК. Исследователям из Кембриджа
(Великобритания) удалось добиться выдающегося прорыва.
Обе представляют собой полимеры из нуклеозидтрифосфатов — азотистых оснований,
которые выступают в роли генетических «букв», соединённых с сахаром рибозой или
дезоксирибозой с довеском в виде остатка фосфорной кислоты. Углеводы и фосфаты
образуют так называемый сахарофосфатный остов.
Строение нуклеиновых кислот позволяет проделывать с ними особенные молекулярные
операции, которые и лежат в основе жизни. ДНК и РНК могут быть скопированы: на
шаблоне одной нуклеиновой кислоты синтезируется другая. На ДНК могут быть
построены как ДНК, так и РНК, и на РНК могут быть построены как ДНК, так и РНК.
И вот уже примерно двадцать лет ведутся споры о том, могут ли нуклеиновые
кислоты существовать с чем-то помимо рибозы или дезоксирибозы. Можно ли сделать
молекулу, которая будет нести некую информацию и которую можно будет копировать,
но при этом у неё будет другая структурная основа?
Такие предполагаемые нуклеиновые кислоты назвали XNA — ксенонуклеиновыми
кислотами. В 2000 году удалось создать одну такую XNA, с треозой вместо рибозы и
дезоксирибозы. Полученная ТНК комплементарно соединялась с ДНК и даже могла
образовывать характерную двойную спираль.
Исследователям из Кембриджа (Великобритания) удалось добиться в этом смысле
выдающегося прорыва: в статье, опубликованной в журнале Science, они сообщают о
пяти новых видах нуклеиновых кислот. Смысл работы был, однако, не в том, чтобы
просто создать новых диковинных молекулярных монстров, а в том, чтобы проверить
возможность переноса информации между молекулами разных типов. Возможны ли в
принципе процессы репликации и транскрипции на других матрицах — или же
упомянутая ТНК есть всего лишь хитроумное исключение? Учёные, работавшие с
ДНК-полимеразами серных бактерий, путём биоинженерных манипуляций так
модифицировали эти белки, что те стали способны переносить информацию с ДНК на
ксенонуклеиновые кислоты и обратно. В качестве углеводных «костей» для таких
молекул были использованы пятиуглеродная арабиноза (АНК), ангидрогекситол (ГНК),
2’-фторарабиноза (ФАНК), циклогексен (ГеНК) и один из аналогов обычной рибозы.
Шестой модификацией была известная уже ТНК на основе треозы.Итак, получены
белки, которые на ДНК-шаблоне могли синтезировать какую-либо из этих шести
ксенонуклеиновых кислот. Точно так же информацию можно перевести из
ксенонуклеинового вида в обычный, ДНК-вид. Точность копирования при этом
составляет 95% и выше. Пока что исследователям не удалось добиться того, чтобы
на одной, например, ГНК синтезировалась другая ГНК: для этого всё равно
понадобится ДНК-посредник. Однако показано другое: спустя несколько раундов
взаимного превращения ангидрогекситоловой нуклеиновой кислоты в ДНК и обратно
было отобрано несколько молекул ГНК, которые обладали наибольшим сродством к
некоторым белкам. То есть имела место настоящая молекулярная эволюция,
направляемая, правда, руками исследователей.
Тем не менее это выдающийся аргумент в пользу того, что передача наследственной
информации и эволюция могли происходить и с иными химическими структурами, не
только с ДНК и РНК. Существует известная проблема возникновения этих
наследственных молекул в эволюции: считается, что их структура идеально подходит
для эволюционно-генетических дел и одновременно слишком сложна, чтобы вот так
сразу возникнуть в праисторическую эпоху. Новые же данные ясно показывают, что в
незапамятные времена эволюция вполне могла выбирать из целого набора как
сложных, так и простых молекул, любая из которых способна была хранить и
передавать информацию.
Усложнение химического строения могло идти среди набора «генетически
компетентных» структур.Но даже если забыть о тайнах возникновения жизни, новые
нуклеиновые кислоты могут весьма и весьма пригодиться в биотехнологии и
медицине. Хотя эти молекулы могут иметь сродство к биологическим мишеням, к
белкам и РНК, сами они совершенно незнакомы ни одному ферменту.
Это значит, что ксенонуклеиновые кислоты необычайно устойчивы: попав в клетку,
они способны оставаться в нерасщеплённом состоянии очень долгое время. Об их
устойчивости можно судить, например, по тому, что ГНК оставалась целой и
невредимой после часового пребывания в сильнокислом растворе; обычная ДНК в тех
же условиях быстро расщеплялась. Лекарства и вакцины, укреплённые такими
«вечными» ксенонуклеиновыми кислотами, могут стать в несколько раз более
эффективными, не требуя при этом гигантских концентраций действующего вещества.
Подготовлено по материалам ScienceNews.
Источник: Science.compulenta.ru