Генетическому алфавиту удвоили число букв

Все новости ›

ДНК с добавочными четырьмя буквами похожа на настоящую и вполне подходит для работы с некоторыми белками.

Генетический код – это чередование четырёх молекулярных букв, четырёх азотистых оснований в нуклеиновых кислотах, ДНК и РНК. Азотистые основания – А, Т, G и C, то есть аденин, тимин (в РНК тимин замещён урацилом), гуанин и цитозин. Но сами по себе буквы ничего не значат – они должны складываться в слова.

(Фото: ADDRicky / Depositphotos

Слова в генетическом коде состоят из трех букв, образующих между собой разные комбинации. Такие слова-триплеты соответствуют аминокислотам, и когда идет синтез белка, то специальные молекулярные машины читают код тройками, и в соответствии с последовательностью троек строят последовательность аминокислот.

А, Т, G и C пришиты к длиннейшим сахарофософатным «перилам» и в двуцепочечной молекуле ДНК смотрят друг на друга – то есть в пространство между цепочек, причем напротив А всегда должен стоять Т, а напротив Г – Ц, связанные водородными связями. Такое правило спаривания оснований возникло не просто так: аденин напротив тимина и гуанин напротив цитозина дают устойчивую структуру всей двуспиральной молекуле. Она одинакова по всей длине, она достаточно стабильна и при этом с ней удобно работать разным белкам, которые копируют генетическую информацию либо в другую молекулу ДНК, либо в молекулу РНК, предназначенную для белкового синтеза.

Но действительно ли только такие четыре молекулы-буквы могут обеспечить ДНК подходящую структуру? На самом деле нет, и химики с биологами успели насинтезировать много искусственных азотистых оснований, которые можно успешно ввести в ДНК. Впервые такие «буквы» появились в конце 80-х годов прошлого века – это были модификации гуанина и цитозина; ДНК с ними нормально удваивалась и на ней нормально синтезировалась РНК.

Сотрудники биотехнологической компании Firebird Biomolecular Sciences некоторое время назад сумели создать шестинуклеотидную ДНК, в которой, кроме обычных А, Т, G и C, были основания Z и P. И вот сейчас те же исследователи вместе с коллегами из ряда других научных центров опубликовали в Science статью с описанием восьминуклеотидной ДНК, в которой генетический алфавит удвоился: к имеющимся А, Т, G, C, Z и P добавили S и B.

Эта ДНК выглядит и ведёт себя как обычная, то есть её структуры почти такая же, как у ДНК с природными А, Т, G, C, и чтобы разделить её цепи (а чтобы клеточные ферменты могли прочесть генетическую информацию, они должны сначала разделить цепи ДНК), нужно примерно то же количество энергии, как и для природной ДНК. Чтобы проверить, могут ли природные ферменты работать с такой молекулой, исследователи взяли вирусные РНК-полимеразы – так называют ферменты, которые синтезируют РНК на ДНК-шаблоне. И эти ферменты сумели сделать нужную РНК-копию, то есть новые искусственные буквы их не смутили.

Но, как мы сказали вначале, сами по себе буквы ничего не значат – они должны складываться в слова. То есть следующий шаг – сделать новые тройки нуклеотидов, которые будут кодировать какие-то аминокислоты, причём так, чтобы с ними можно было синтезировать белок. Это не так невероятно, как кажется на первый взгляд: мы как-то уже писали о том, как бактериальную ДНК не только снабдили двумя новыми генетическими буквами, но и сумели сделать с ними два слова, соответствующих новым аминокислотам – модификациям лизина и фенилаланина. И бактерии сумели синтезировать с ними белки.

Возникает вопрос, зачем вообще нужно столь фундаментально вмешиваться в генетический алфавит и словарь. Здесь все просто: с новыми аминокислотами можно создавать новые белковые молекулы, сконструированные для конкретных задач. Конечно, белки модифицировали в лабораториях и раньше, но, внедрившись в генетический код, это можно проделывать намного эффективнее. И тут речь не только о белках, но и о полусинтетических организмах с новыми свойствами.

Причем не стоит забывать, что всего лишь две дополнительные буквы позволяют кодировать до 152 аминокислот. Простор для биоинженерии, как видим, бескрайний.

По материалам The Scientist.

23 февраля 2019

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)

Читайте также:

Генетическому алфавиту добавили две буквы

Генетическому алфавиту добавили две буквыС двумя буквами подопытные бактерии получили и два новых генетических слова.

Читать целиком

Случайная статья

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее

Товар добавлен в корзину

Оформить заказ

или продолжить покупки