Что делать с «тройным» ДНК?

Ученым удалось создать первую полностью искусственную ДНК, в которой место нуклеотидов занимают соединения, не существовавшие до этого.

ДНК скрутили в тройную спираль
Их главное отличие в том, что они способны объединяться в тройную спираль. Однако сфера применения такого ДНК пока остается загадкой.Красота и мощь природного генетического аппарата, скрытые в двуцепочечной спирали ДНК, уже давно вдохновляли ученых на эксперименты по созданию искусственных молекул по образу и подобию материальной основы наследственности. Такие попытки осуществлялись уже не раз, так как простор для действия ученых довольно широк.Во-первых, рукотворные изменения могут затронуть только так называемую скелетную часть ДНК, состоящую из молекул моносахарида дезоксирибозы, соединенных фосфодиэфирными мостиками. Такие синтетические эксперименты учёные уже проводили, что привело к созданию так называемых пептидных нуклеиновых кислот (ПНК), трео-фуранозильных нуклеиновых кислот (ТНК) и некоторых других аналогов. Однако эти изменения не затрагивают главных составных частей, из которых создана ДНК, азотистых оснований – аденина, цитозина, тимина, урацила и гуанина, так как целью подобных трансформаций было создание молекул, пригодных для применения в живых организмах – в исследованиях или для лечения генетических аномалий.Другой стратегией создания искусственных ДНК является замена природных азотистых оснований на синтетические или добавление новых оснований, также способных вступать во взаимодействие по принципу комплементарности. Дело в том, что ДНК, сколь бы сложной она не была, вполне может стать расходным материалом для многих технологий будущего. Природной ДНК на Земле предостаточно, молекула удобна для лабораторных экспериментов и вполне может вписаться в технологическую линию. Но самое главное то, что природный механизм самоорганизации молекулы открывает огромные перспективы для использования в развивающихся отраслях науки – нано- и биотехнологиях и химической биологии.К сожалению, эффективность ДНК ограничена всего двумя комплементарными парами – гуанин-цитозин и аденин-тимин. Создание искусственных аналогов, способных заменить природные компоненты в спиральной молекуле, открыло бы людям куда больше возможностей.Разумеется, пока что это только фантазии, и эксперимент по получению полностью искусственной молекулы ДНК, описанный в «горячей» статье в Journal of the American Chemical Society, был поставлен японскими учеными по большей части из любопытства. Ну и соображений научного престижа, конечно.Масахико Инуё и его коллегам удалось создать аналог ДНК, в который входят исключительно искусственные азотистые основания.Поскольку при этом все «соединительные мосты» между нуклеотидами – дезоксирибоза и остатки фосфорной кислоты – остались прежними, то молекулу эту с полным правом можно называть даже не «аналогом», а ДНК. Поскольку в клеточных ядрах живых организмов ничего подобного не встречается, учёные полагают, что для неё лучше всего подходит термин «искусственная ДНК».Лаборатория Инуё, работающего в высшей школе фармацевтики при Университете японского города Тояма, взяла за основу свои прежние наработки. В прошлом они уже показали, что гуанин в цепочке ДНК можно легко заменить на соединение «изо-гуанин», способный вступать в обратимое взаимодействие по механизму водородной связи – трехкратной, как и у гуанина. При подготовке к синтезу полностью искусственной ДНК учёные создали также комплементарный «изо-гуанину» «изо-цитозин», «изо-тимин» и «изо-аденозин».Синтезировав на основе этих искусственных азотистых оснований несколько достаточно длинных двуцепочечных последовательностей, ученые сравнили их свойства со свойствами природной цепи.Близость термодинамических и структурных параметров искусственной и природной ДНК и позволила ученым громко заявить о своем успехе.Термическая стабильность искусственной ДНК оказалась очень близка к таковой у природного образца, несмотря на замену молекул и изменения соотношения силы взаимодействия нуклеозидов по механизму водородной связи и их стыковке благодаря гидрофильно-гидрофобным взаимодействиям. Сохранили искусственные последовательности нуклеозидов и высокую избирательную способность, также почти не уступающую фрагментам естественной ДНК. Например, последовательность из десяти искусственных нуклеотидов очень слабо взаимодействует с «почти комплементарной» ей цепочкой, даже если комплементарности не удовлетворяет хотя бы один из нуклеозидов. Причем такая избирательность, очень близкая к избирательности природной молекулы, обеспечивается исключительно за счет взаимодействия нуклеозидов, а не за счет не подходящих друг другу по размеру азотистых оснований. В природной молекуле размерный эффект приводит к значительному искажению углеводного скелета, за счет чего некоплементарная последовательность становится еще более неустойчива.Более того, цепочки, построенные только из синтетических заменителей тимина и аденина, проявили способность к формированию тройных спиралей.Ученые связывают это с особой симметрией молекул и надеются, что в будущем эта экзотическая особенность синтетических азотистых оснований может быть использована в технологических задачах.Однако для того чтобы специалисты научились создавать искусственные живые системы на основе ДНК человека, нужно время, а также открытия в таких областях науки, как биохимия и нанотехнологии.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.