Эксперты о квантовых компьютерах
Подробнее
30.11.2017
Редакция Naked Science

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, 05:30
Мария Азарова

Ученые из Швейцарии и Германии сделали неожиданный вывод: катехины зеленого чая не подавляют окислительный стресс, а способствуют ему. Однако на этом их действие не заканчивается.

25 октября
Мария Азарова

Американские исследователи оценили вероятность повторного заражения коронавирусами SARS-CoV, HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63 и особенно SARS-CoV- 2.

Позавчера, 19:30
Мария Осетрова

Исследование на мышах показало, что дефицит белка в пожилом возрасте ускоряет развитие старческого слабоумия, а пищевая добавка из семи незаменимых аминокислот, напротив, замедляет.

25 октября
Мария Азарова

Американские исследователи оценили вероятность повторного заражения коронавирусами SARS-CoV, HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63 и особенно SARS-CoV- 2.

Сегодня, 05:30
Мария Азарова

Ученые из Швейцарии и Германии сделали неожиданный вывод: катехины зеленого чая не подавляют окислительный стресс, а способствуют ему. Однако на этом их действие не заканчивается.

22 октября
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: