Ученые доказали, что природный фермент РНК-полимераза способен без ошибок распознавать и считывать искусственную ДНК, состоящую из восьми генетических букв, используя стандартные биохимические сигналы.
Ключевые тезисы:
- Природные ферменты могут обрабатывать расширенный восьмибуквенный генетический код без дополнительных «инструкций».
- РНК-полимераза способна читать искусственные пары оснований даже при полном отсутствии водородных связей между ними.
- Открытие создает молекулярную базу для программируемых биологических систем и таргетной терапии рака.
Вся жизнь на Земле опирается на стандартный генетический алфавит, состоящий ровно из четырех букв. Однако исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего доказали, что природный клеточный механизм способен без ошибок читать и копировать расширенный код из восьми символов. Это открытие доказывает, что живые клетки могут обрабатывать искусственную информацию, открывая путь к созданию биологических систем с абсолютно новыми, не существующими в природе функциями.
Первым шагом к проявлению любого гена является процесс транскрипции — когда специальный фермент, РНК-полимераза, считывает информацию с ДНК и создает на ее основе РНК.
Долгое время главной целью синтетической биологии было расширение естественного генетического словаря. Ученые создали новые, искусственные пары оснований, но оставался открытым вопрос: сможет ли обычная биологическая машина распознать этот «чужой» текст? Эксперименты показали, что РНК-полимераза бактерии кишечной палочки (Escherichia coli) прекрасно справляется с этой задачей, интегрируя две синтетические пары оснований в цепочку.
Чтобы понять, как именно происходит чтение неизвестных символов, команда использовала криоэлектронную микроскопию высокого разрешения. Этот метод позволяет получить структурные снимки, приближая объекты до масштабов, которые меньше ширины одного атома.
Природа не выдавала бактерии инструкцию по чтению искусственных генов, поэтому исследователям пришлось выяснять механизм по косвенным признакам. Оказалось, что РНК-полимераза распознает синтетические буквы ДНК, реагируя на те же самые биохимические и структурные сигналы, что и при чтении природных пар. Фермент просто «нащупывает» правильную геометрическую форму и химический профиль, что позволяет ему точно копировать расширенную информацию без сбоев.
В параллельном исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), эта же команда ученых пошла еще дальше. Они протестировали другую пару синтетических букв, между которыми вообще не было водородных связей.
В классической спирали ДНК именно водородные связи работают как застежки-липучки, удерживая половинки генетической лестницы вместе. Результат оказался неожиданным: фермент оказался достаточно гибким, чтобы распознать и эту пару. Ему даже не понадобился классический химический «клей», чтобы правильно прочитать нужный участок кода.
Текущие результаты выходят далеко за рамки фундаментальной биологии. В предыдущих исследованиях расширенные генетические алфавиты уже применялись для создания молекул синтетической ДНК, способных точечно распознавать клетки рака печени.
Понимая на молекулярном уровне, как именно РНК-полимераза читает неестественные буквы ДНК, наука получает надежный фундамент для будущих технологий. Это открывает дорогу к разработке принципиально новых систем диагностики, программируемых терапевтических средств и биоинженерных механизмов, которые раньше считались фантастикой.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
FAQ: Часто задаваемые вопросы
Правда ли, что ДНК в природе теперь состоит из восьми букв?
Нет, все известные живые организмы по-прежнему используют четырехбуквенный алфавит. Восьмибуквенная ДНК — это синтетический концепт, созданный и успешно протестированный учеными в лабораторных условиях.
Как ученые смогли разглядеть работу фермента?
Они использовали метод криоэлектронной микроскопии высокого разрешения. Эта технология позволяет делать снимки структур с детализацией меньше ширины одного атома.
Зачем вообще нужно расширять генетический алфавит?
Это позволит создавать биологические системы на заказ. Например, молекулы с расширенным кодом уже использовались в экспериментах по распознаванию клеток рака печени. В перспективе это приведет к созданию новых лекарств и сверхточных методов диагностики.
Источник: Structural basis of transcription of the hachimoji eight-letter alphabet by E. coli RNA polymerase, Nature Communications, 2026
Читайте также: Найдена генетическая «кнопка» для регенерации конечностей