ДНК с искусственными нуклеотидными основаниями заставили работать — Naked Science
8 минут
Редакция

ДНК с искусственными нуклеотидными основаниями заставили работать

Исследователи из института Скриппса впервые продемонстрировали экспрессию генов бактерии кишечной палочки, содержащих искусственную пару нуклеотидов, не существующих в природе.

18120517034_8453841023_k
©Wikipedia

В 2014 году группа генетиков под руководством Флойда Ромесберга (Floyd E. Romesberg) вывела штамм бактерий E. coli, в которых несколько кодонов содержали пары искусственных нуклеотидных оснований dNaM–dTPT3 (X-Y). Во всех живых организмах на Земле для кодирования генетической информации используется две таких пары: аденин-тимин (A – T) и гуанин-цитозин (G – C). Бактерии с ДНК, состоящей из шести нуклеотидных оснований вместо четырех, оказались жизнеспособными, а модифицированная ДНК реплицировалась (удваивалась во время деления клетки).

 

Стоит отметить, что речь идет не о хромосомной ДНК, а о маленьких фрагментах ДНК плазмид, которые реплицируются автономно. Однако кодоны, содержащие искусственные нуклеотиды, не считывались на РНК, а продукты их транскрипции не участвовали в синтезе белков на рибосомах. Кроме того, чтобы обеспечить материал для удвоения ДНК, ученые добавляли X и Y в жидкость, где жили бактерии; трансмембранный транспорт осуществляли одноклеточные водоросли Phaeodactylum tricornutum.

 

В этом году группа Ромесберга опубликовала в Nature статью, в которой описывается процесс считывания информации с участков с искусственными нуклеотидами, и белки, синтезированные на основе синтетических фрагментов генома. Ученые вводили пару dNaM–dTPT3 в гены плазмид, кодирующие зеленые флуоресцентные белки, а также другие гены, без которых трансляция кодонов с искусственными нуклеотидными основаниями была бы невозможна.

 

Экспрессия ДНК – последовательный процесс. Сначала на основе ДНК синтезируется длинная молекула матричной РНК (мРНК); потом с нее на рибосоме считывается последовательность аминокислот, составляющих белок. мРНК состоит из триплетов нуклеотидов – кодонов, которые узнает маленькая транспортная РНК (тРНК). Она подводит к месту синтеза белка аминокислоту. Каждой аминокислоте соответствует своя тРНК. В составе тРНК имеется антикодон, который соответствует кодону мРНК. Чтобы тРНК смогла транспортировать аминокислоту, нужен фермент – аминоацил-тРНК-синтетаза, также индивидуальная для каждой аминокислоты. Таким образом, для синтеза белка нужно три группы веществ: матричная РНК, транспортная РНК с соответствующими аминокислотами, и ферменты.

 

Анализ полученных от ГМ-бактерий зеленых флуоресцентных белков подтвердил наличие в них нестандартных (неканонических) аминокислот. Неканонические аминокислоты входят в состав некоторых естественных белков, обнаруженных во всех живых организмах, но не входят в число двадцати протеиногенных α-аминокислот, которые кодируются кодируются непосредственно триплетными кодонами ДНК. Таких кислот известно три вида; селеноцистеин, пирролизин и N-формилметионин.

 

В бактерии ввели плазмиды, кодирующие зеленый флуоресцентный белок и ген тРНК серина serT. Кодон гена TAC, кодирующего белок, заменили на AXC, а в гене, кодирующем тРНК серина, последовательность заменили на GYT.

 

Клетки с модифицированным кодоном в гене белка, но без модифицированного кодона в гене фермента, почти не давали зеленого свечения – не хватало тРНК для синтеза светящегося белка; кроме того, эти клетки хуже росли. А клетки, где модифицированы были оба гена, светились так же ярко, как клетки, несущие только обычный ген зеленого белка.

 

Затем ученые ввели в белок, закодированный отчасти искусственными нуклеотидными основаниями, неканоническую аминокислоту пирролизин; для этого в ДНК плазмид добавили гены тРНК и аминоацил-тРНК-синтетазы этой аминокислоты из другого вида бактерий. Пирролизин обнаружился в составе белка, который вырабатывали модифицированные бактерии.

 

Эксперименты Ромесберга и его коллег показывают возможности современной генной инженерии и имеют скорее фундаментальное значение, чем практическое. Однако чем богаче и эффективнее инструментарий генетиков, тем ближе эпоха направленной биоинженерии. Уже сейчас генномодифицированные бактерии – основа фармацевтической промышленности; изменения, внесенные человеком в их геном, заставляют организмы одноклеточных вырабатывать нужные людям вещества.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
19 октября
11 минут
Мария Азарова

Ученые из Университетского колледжа Лондона рассказали о случае 45-летнего пациента, перенесшего Covid-19 в достаточно тяжелой форме: примерно через 40 дней после заражения он начал ощущать звон в ушах и внезапную потерю слуха.

19 октября
5 минут
Мария Кривоченко

Ученые разработали модель, которая позволяет высчитать скорость изменения горного ландшафта. С ее помощью удалось установить, что среднегодовое количество осадков влияет на эрозию пород и может деформировать горы.

19 октября
3 минуты
Денис Гордеев

Ссылка, которую никто не хотел: материал, показываемый пользователям, имеет явную проазербайджанскую ориентацию.

Позавчера, 09:45
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

19 октября
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых сделала рентгеновские снимки грудного отдела тела муравьев, проанализировав их мышцы и внутренний скелет. В результате исследователи выяснили, что сила этих насекомых связана с потерей способности летать.

16 октября
6 минут
Василий Парфенов

Несмотря на устоявшееся мнение, согласно которому газотурбинные двигатели (ГТД) почти достигли технологического совершенства и прироста характеристик более чем на единицы процентов в новых моделях ждать не стоит, инженеры продолжают искать способы радикально их улучшить. Компания GE Aviation уже до конца 2020 года собирается представить предсерийные экземпляры своих революционных силовых установок, которые должны быть на 20% долговечнее, на 35% экономичнее и будут иметь улучшенную на 80% энерговооруженность, чем предыдущие аналогичные модели.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

1 октября
39 минут
Александр Березин

После советской эпохи атомные реакторы перестали запускать в космос, но сегодня все постепенно меняется. К атомной энергетике для марсианских колоний примеривается Илон Маск, проекты лунных АЭС прорабатываются в России — и все несмотря на то, что в космосе условия для солнечной энергетики лучше, чем на нашей планете. Что заставляет космическую отрасль все чаще думать об атомных реакторах? Как ни странно, дело в том, что и ядерная энергетика в космосе становится еще важнее, чем на Земле. Попробуем разобраться почему.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: