Ученые создали искусственную ДНК, которую может транскрибировать природный фермент

Исследователи из Фармацевтической школы Скаггса Калифорнийского университета в Сан-Диего приблизились к раскрытию потенциала искусственной ДНК. Они обнаружили, что РНК-полимераза — ключевой фермент синтеза белка — способна распознавать и транскрибировать искусственную пару оснований точно так же, как и природные пары.

Результаты, опубликованные 12 декабря 2023 года в Nature Communications, могут помочь в создании новых лекарств путем разработки искусственных белков.

"Расширение генетического кода может значительно разнообразить спектр молекул, которые мы можем синтезировать в лаборатории, и революционизировать наш подход к созданию терапевтических белков", — сказал старший автор Донг Ван.

Исследование использует новую версию стандартного генетического алфавита — Artificially Expanded Genetic Information System (AEGIS), — которая включает две новые пары оснований. Эта система изначально была разработана при поддержке NASA для понимания возможного развития внеземной жизни.

Ученые выделили РНК-полимеразы из бактерий и протестировали их взаимодействие с синтетическими парами оснований. Оказалось, что синтетические пары AEGIS формируют геометрическую структуру, напоминающую Уотсон-Криковскую геометрию природных пар (A-T и C-G). В результате ферменты, транскрибирующие ДНК, не видят разницы между синтетическими и природными парами.

"В биологии структура определяет функцию. Подчиняясь структуре, аналогичной стандартным парам оснований, наши синтетические пары могут незаметно включиться в обычный процесс транскрипции", — пояснил Ван.

Кроме того, результаты подтверждают таутомерную гипотезу, восходящую к открытию Уотсона и Крика. Согласно ей, стандартные четыре нуклеотида могут образовывать неспаренные связи из-за таутомеризации — склонности нуклеотидов колебаться между структурными вариантами с одинаковым составом. Это явление считается одним из источников точковых мутаций.

"Таутомеризация неспаренных оснований наблюдалась в процессах репликации и трансляции, но здесь мы впервые предоставляем прямое структурное доказательство, что она происходит и во время транскрипции", — отметил Ван.

В дальнейшем исследователи планируют проверить, наблюдается ли этот эффект с другими комбинациями синтетических пар оснований и клеточных ферментов.