ДНК с искусственными нуклеотидными основаниями заставили работать — Naked Science
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.
Сегодня, 11:04
48 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

3 часа назад
9 минут
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Позавчера, 11:36
68 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

Сегодня, 11:04
48 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

3 часа назад
9 минут
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Позавчера, 11:36
68 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

13 июля
5 минут
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
7 минут
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

11 июля
28 минут
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: