Искусственная геномная ДНК может реплицироваться и эволюционировать вне клетки

Исследователи из Токийского университета под руководством профессора Норикадзу Итихаси впервые создали систему, способную к экспрессии генов, репликации и эволюции вне живой клетки, используя только бесклеточные материалы (нуклеиновые кислоты и белки).

Способность к размножению и эволюции — ключевые характеристики живых организмов, но до сих пор не существовало искусственных материалов с такими свойствами. Для создания подобной молекулярной системы необходимо, чтобы закодированная в ДНК информация (гены) транслировалась в РНК и белки, а затем эти белки обеспечивали репликацию исходной ДНК, замыкая цикл. Ранее было невозможно создать реакционную систему, в которой гены, необходимые для репликации ДНК, одновременно экспрессировались и выполняли свою функцию.

Группа добилась успеха, используя кольцевую ДНК, несущую два гена, необходимых для репликации (искусственная геномная ДНК), и бесклеточную систему транскрипции-трансляции. В этой системе гены транслировались в белки, которые, в свою очередь, реплицировали исходную кольцевую ДНК. Продолжая цикл репликации около 60 дней, учёные также смогли добиться эволюции ДНК: её эффективность репликации увеличилась в 10 раз.

В будущем добавление к искусственной геномной ДНК генов, необходимых для транскрипции и трансляции, может позволить создать искусственные клетки, способные к автономному росту при подаче низкомолекулярных соединений, таких как аминокислоты и нуклеотиды. Создание таких клеток сделает производство полезных веществ (например, для разработки лекарств или пищевой промышленности) более стабильным и управляемым.

Исследование выполнено в рамках проекта CREST Управления по науке и технологиям Японии (JST) и направлено на выявление фундаментальных принципов структуры и функции геномов для создания платформенных клеточных технологий.