Хатимодзи — альтернативная жизнь?

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2019, №4)

pic_2019_04_10-2.JPG

Четыре главных (слева) азотистых оснований ДНК и четыре «дополнительных», которые совместно образуют восьмибуквенную ДНК (С — цитозин, G —гуанин, Т — тимин и А — аденин); азотистые основания соединяются водородными связями (они показаны пунктиром)

Исследователи создали генетический код, в котором используется восемь азотистых оснований вместо обычных четырех. Расширенный генетический алфавит показывает, что та биохимия, которую мы сегодня наблюдаем на Земле, — не единственно возможная («Science», 2019, 363, 884; doi: 10.1126/science.aat0971).

Вслед за Фридрихом Энгельсом мы с полной уверенностью можем сказать, что жизнь — «способ существования белковых тел». Белки катализируют биохимические процессы, образуют структурные элементы клетки. ДНК выполняет роль хранилища биологической информации, а РНК — посредника между информацией в ДНК о белках и машинерией белкового синтеза (хотя у РНК, как мы теперь знаем, есть и другие функции — ферментативные, регуляторные и пр.).

Однако расширенный генетический код, созданный группой исследователей под руководством Стивена Беннера (Фонд прикладной молекулярной эволюции, США), которого часто называют основателем синтетической биологии, показывает, что белково-нуклеиновая жизнь — не единственный вариант. Еще в 2011 году группа Беннера создала пару ДНК-нуклеотидов Z и P, в дополнение к классическим А–Т, G–C, и что еще более важно — изменила фермент ДНК-полимеразу таким образом, что она смогла копировать шестибуквенную ДНК. А теперь нуклеотидов стало уже восемь, добавилась пара S–B. Как и в природных нуклеотидах, комплементарное взаимодействие обеспечивают водородные связи между азотистыми основаниями (см. рисунок). От пар А–Т, G–C новые пары отличает пространственное расположение акцепторов и доноров водородной связи; кроме того, «буква» Z содержит нитрогруппу.

Восьминуклеотидную ДНК авторы работы назвали «хатимодзи» — «восемь букв» по-японски. Новые пары ведут себя как положено: отличаются высокой специфичностью, то есть Z комплементарен только P, а S–B не нарушают структуру двойной спирали. Более того, модифицированный фермент РНК-полимераза может строить восьминуклеотидную хатимодзи-РНК на матрице хатимодзи-ДНК!

Это исследование еще раз подтверждает, что в нуклеотидах современного генетического кода нет ничего мистического, эволюция могла выбрать и другие молекулы, которые справились бы не хуже. Можно пофантазировать и дальше: в мире, где нуклеотидный код изначально был восьмибуквенным, могла существовать РНК с более разнообразными свойствами, и, возможно, не было бы необходимости в аминокислотных полимерах — РНК-мир так и не уступил бы место белковому.

Но ДНК с дополнительными основаниями способна найти практические применения и в нашем мире. Число комбинаций и перестановок восьми букв значительно превосходит возможности классической четырехбуквенной ДНК, и разработка Беннера может оказаться перспективной для биомолекулярной информатики — хранения и шифровки информации, важной для человека, с помощью биомолекул. Такая ДНК может использоваться для создания новых белков, включающих аминокислоты помимо канонических двадцати, или ДНК- и РНК-аптамеры с необычными свойствами.

Многие биологи и химики, узнав о работе Беннера, заявляют, что было бы интересно создать и другие ферменты, способные работать с восьмибуквенной ДНК, и обеспечить ее интеграцию в известные биологические системы. Подобные работы есть — например, ученые из Исследовательского института Скриппса под руководством Флойда Роумсберга создали нуклеотиды X и Y, еще более непохожие на природные, и научили кишечную палочку копировать плазмиду с этими нуклеотидами. Однако Беннер говорит, что он умышленно не сделал новую ДНК самовоспроизводящейся и не планирует это делать в ближайшем будущем, так как ему не хочется провести остаток жизни, объясняя всем и каждому, почему его искусственная ДНК не сможет сбежать из лаборатории и захватить мир.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 4/2019) на с. 10 — 11.

123

Разные разности

09.08.2022 17:00:00

…температура в Арктике растет в четыре раза быстрее, чем глобальное потепление

…около половины оплодотворенных яйцеклеток погибает очень рано, еще до того, как мать узнает, что она беременна

…если вы хотите найти безопасный район для проживания, выберите тот, где жители доверяют друг другу и выгуливают много собак…


>>
05.08.2022 17:00:00

Многие самки пауков съедают своих партнеров после спаривания, и большинство самцов относятся к этому покорно. Но есть пауки, которых такое положение вещей не устраивает. И они стараются удрать в самый последний момент.

>>
03.08.2022 17:00:00

Израильские ученые уверены, что взаимная симпатия с потенциальным партнером зависит от того, насколько хорошо они могут синхронизировать свои тела.

>>
01.08.2022 17:00:00

Ученые из Университета Ньюкасла обнаружили новые типы бактерий, которые прилипают к плавающим в морской толще частицам микропластика и путешествуют на них по океану.

>>
26.07.2022 16:00:00

Почти в половине проб воды, взятых из рек по всему миру, присутствуют биологически активные компоненты лекарств в концентрациях, от которых можно ожидать экотоксикологических эффектов.

>>