Ученые заставили клеточный фермент читать ДНК из восьми "букв" вместо четырех
Исследователи показали, что бактериальная РНК-полимераза – фермент, считывающий генетическую информацию с ДНК, – способна работать не только с четырьмя природными "буквами" генетического алфавита, но и с искусственной системой из восьми нуклеотидов. Работа международной группы под руководством ученых Калифорнийского университета в Сан-Диего опубликована в журнале Nature Communications.
Вся известная земная жизнь хранит генетическую информацию с помощью четырех оснований – аденина (A), тимина (T), гуанина (G) и цитозина (C). В искусственной системе Hachimoji к ним добавлены еще четыре основания – P, Z, B и S, образующие две дополнительные пары. Ранее было показано, что такая восьмибуквенная ДНК в принципе может существовать и копироваться, однако оставался вопрос, сможет ли ее считывать сложный клеточный механизм транскрипции.
В новых экспериментах РНК-полимераза бактерии Escherichia coli правильно распознавала искусственные пары P:Z и B:S и включала соответствующие искусственные нуклеотиды в синтезируемую РНК. С помощью криоэлектронной микроскопии ученые получили структуры комплекса с разрешением 2,42-2,75 ангстрема и выяснили, что фермент обращается с искусственными основаниями почти так же, как с природными парами ДНК. Для одного из оснований исследователи также создали модифицированный вариант Z*, уменьшающий вероятность ошибочного спаривания.
Авторы подчеркивают, что речь пока не идет о создании живого организма с восьмибуквенным геномом. Исследование демонстрирует возможность транскрипции искусственной ДНК в лабораторной системе; следующий значительно более сложный этап – научиться переводить расширенный генетический код в белки.
Расширение генетического алфавита потенциально позволяет создавать молекулы ДНК и РНК с гораздо большим химическим разнообразием, чем существует в природе. Такие системы могут использоваться при разработке новых диагностических молекул, лекарственных препаратов и искусственных биологических систем. Ранее расширенные алфавиты уже применялись для создания синтетических молекул ДНК, способных распознавать клетки рака печени.