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.
Позавчера, 12:41
31 минута
Николай Цыгикало

Трагическая новость о взрыве огромной силы в Бейруте, занявшая первые строчки новостных ресурсов, вызывает естественные вопросы: как это могло произойти, что там взорвалось, в силу каких факторов возможны подобные происшествия? Чтобы разобраться, взглянем пристальнее на свойства аммиачной селитры и связанные с ней опасные моменты.

Позавчера, 20:22
5 минут
Денис Гордеев

Новая система работает в любых атмосферных условиях — при дожде, ветре и большом количестве пыли в воздухе.

Вчера, 17:16
4 минуты
Мария Кривоченко

Разработать варианты крылатого пилотируемого космического корабля поручил глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин. Предполагается, что аппарат будут строить по типу орбитального корабля «Буран», который использовался в СССР.

Позавчера, 12:41
31 минута
Николай Цыгикало

Трагическая новость о взрыве огромной силы в Бейруте, занявшая первые строчки новостных ресурсов, вызывает естественные вопросы: как это могло произойти, что там взорвалось, в силу каких факторов возможны подобные происшествия? Чтобы разобраться, взглянем пристальнее на свойства аммиачной селитры и связанные с ней опасные моменты.

3 августа
4 минуты
Сергей Васильев

Микроскоп с высокоскоростной камерой и компьютерное моделирование показали, что сперматозоиды плавают не за счет боковых движений хвоста, а быстро вращаясь всем телом.

Позавчера, 20:22
5 минут
Денис Гордеев

Новая система работает в любых атмосферных условиях — при дожде, ветре и большом количестве пыли в воздухе.

22 июля
66 минут
Александр Березин

С 2064 года численность людей начнет сокращаться — и этот процесс может быть необратим. Один из авторов соответствующей научной работы прямо указывает: если ничего не изменится, через несколько веков человечество вымрет. Однако есть вещи и похуже вымирания. Куда вероятнее иной сценарий: мир будет заселен теми, кто сможет размножаться в новых культурных условиях. К сожалению, значительная часть современных европейцев, американцев и, возможно, других народов будут вытеснены с первых страниц истории. Вдобавок те, кто победят в этой непростой борьбе, нам, сегодняшнему населению Земли, могут сильно не понравиться. Попробуем разобраться почему.

10 июля
7 минут
Мария Кривоченко

Биологи выяснили, какое воздействие оказывают радиоволны на эмбрионы рыб. Оказалось, они существенно не влияют на уровень смертности, морфологию и реакцию на свет, но немного подавляют сенсомоторные функции. Как это скажется на взрослых особях, еще предстоит выяснить.

12 июля
28 минут
Илья Ведмеденко

Программа ПАК ДП (перспективный авиационный комплекс дальнего перехвата) привлекает к себе все больше внимания. Разберемся, что это такое и появится ли у России новый боевой самолет.

[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: