Молекулярные биологи из Великобритании обнаружили, что ДНК-полимеразы — ферменты, которые обычно послушно копируют генетический код строго по готовому шаблону, — способны создавать длинные цепочки ДНК совершенно самостоятельно. Более того, этим процессом можно управлять, меняя условия среды, что в перспективе обещает революцию в синтетической биологии.
В клетках каждого живого существа постоянно работают «молекулярные ксероксы». За эту функцию отвечают ДНК-полимеразы — сложные белковые машины, главная задача которых состоит в точном копировании генетического материала. В норме они берут готовую цепь ДНК как шаблон (матрицу) и шаг за шагом собирают к ней пару из свободных нуклеотидов. Долгое время считалось, что без «инструкции» эти ферменты просто простаивают. Как клерк, лишившийся оригинала документа, они не должны знать, что именно им печатать.
Однако в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, команда ученых под руководством Томаса Гороховски из Бристольского университета решила проверить, на что способны полимеразы, если отобрать у них шпаргалку. Оказалось, они отличные импровизаторы.
Исследователи поместили в пробирки различные ДНК-полимеразы (как природные, так и искусственно спроектированные), добавили «строительный материал» в виде свободных нуклеотидов, но намеренно не дали им никакой ДНК-матрицы для копирования.
Чтобы проследить за тем, что будут делать предоставленные сами себе ферменты, ученые вооружились солидным техническим арсеналом: нанопоровым секвенированием (оно позволяет «читать» очень длинные молекулы), флуоресцентным анализом в реальном времени и атомно-силовой микроскопией, чтобы буквально разглядеть получившиеся цепочки.
Выяснилось, что полимеразы способны осуществлять безматричный синтез (untemplated DNA synthesis), собирая ДНК «из головы». Причем это не короткие генетические обрывки, а солидные фрагменты длиной в тысячи пар оснований (килобазы).
Но главным открытием стало не само графоманство ферментов. Ученые начали менять условия окружающей среды — температуру, а также химический состав буферного раствора («погоду» в пробирке). Оказалось, что изменение среды напрямую влияет на то, какие именно последовательности сочиняет полимераза. При разных условиях фермент начинал отдавать предпочтение определенным генетическим мотивам.
Сегодня синтетическая биология умеет печатать ДНК на заказ: мы можем спроектировать ген в лаборатории и вставить его в бактерию. Однако традиционный химический синтез хорошо справляется только с короткими цепочками (олигонуклеотидами). Чтобы получить длинный ген, ученым приходится создавать множество коротких кусочков и мучительно сшивать их вместе. Это долго, дорого и чревато ошибками на этапе сборки.
Новое исследование показывает, что у нас уже есть природный механизм для создания длинных последовательностей ДНК. Если ученые научатся точно управлять этим процессом — условно говоря, подбирать такие температуру и кислотность, чтобы полимераза направленно «напечатала» нужный фрагмент без всякой матрицы, — это станет элегантным и быстрым способом синтеза огромных геномов с нуля.
Разумеется, до печати новых организмов по клику мыши еще далеко: пока что процесс идет в изолированных пробирках (in vitro), требует тщательной калибровки, а «тексты», написанные ферментами без шаблона, пока больше похожи на авангардную поэзию, чем на строгий инженерный код. Тем не менее, исследование наглядно доказывает: даже самые исполнительные молекулярные клерки обладают творческим потенциалом. Главное — создать для них подходящую рабочую атмосферу.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: ДНК решает не всё — биологи объяснили, почему особи с одинаковым геномом вырастают абсолютно разными
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.