ДНК — основа почти любого организма планеты. "Подделать" дезоксирибонуклеиновую кислоту, представляющую собой двуцепочечную нить, биологи пытались не раз. Однако впервые им удалось заставить макромолекулы дублировать себя, самостоятельно "размножаться".
С химической точки зрения ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся элементов — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания (аденина, гуанина, цитозина и тимина, который в РНК подменяет урацил), сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Нуклеотиды образуют комплементарные (подходящие друг другу) пары и общий "скелет" из фосфатов и дезоксирибозы.
Группа учёных, работающая под руководством Филиппа Холлигера (Philipp Holliger) из Лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований (Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology), создала искусственные полимеры – ксенонуклеионовые кислоты (XNA), которые несут обычный генетический алфавит (те самые A, C, G, T), нанизанный на стержень из других сахаров.
Подобное удавалось получить и другим группам учёных, но на этот раз генетики нашли способ заставить XNA массово воспроизводить себя. Каждый раз когда были нужны новые макромолекулы, исследователи вынуждены были собирать их с нуля, невозможно было просто скопировать существующие. До сегодняшнего дня.
Группа Холлигера использовала ферменты, которые "распиливали" нити обычной ДНК и помогали шести видам XNA собирать макромолекулы, обеспечивать наследование (передачу) генетической информации.
Сначала эти вещества транскрибировали обычные ДНК в ксенонуклеионовые кислоты, а затем обратно в новые нити ДНК. Точность "перевода" составляла 95% и выше.
Затем учёные заставили макромолекулы эволюционировать: XNA должны были закрепиться на определённых белках, а те, что не смогли этого сделать, смывало прочь. Затем следовало новое копирование, изменение генетического кода, которое либо усиливало искусственную ДНК, либо, наоборот, ослабляло её способности. В ходе нескольких циклов определились "победители" – молекулы, которые наиболее крепко цеплялись за своё целевое вещество. Они, соответственно, держались за белки-цели крепче своих "предков", то есть представляли собой новый виток эволюции.
"Так мы показали, что и наследственность, и эволюцию, являющиеся признаками жизни, можно воспроизвести и внедрить другим полимерам, не только ДНК и РНК", — поясняет Филипп.
Отметим, что, несмотря на явный прогресс в синтетической биологии – теперь биологи могут дублировать искусственные гены без деградации молекул — данное достижение всё же базируется на использовании ферментов. Без них искусственные ДНК не будут воспроизводить себя, а значит, до искусственной формы жизни нам ещё далеко.
Исследование учёных приоткрывает завесу тайны над появлением жизни на Земле. Биологи предполагают, что, прежде чем первые организмы начали наследовать информацию при помощи РНК и ДНК, на нашей планете образовались более простые молекулы-предшественницы.
Открытие группы Холлигера также свидетельствует о том, что на других планетах жизнь может эволюционировать, но при этом базироваться на совершенно других химических соединениях.
Статья авторов исследования вышла в журнале Science. В нём же свой комментарий к статье опубликовал профессор Джеральд Джойс (Gerald Joyce), сотрудник Исследовательского института Скриппса, известного своими экспериментами по созданию искусственных форм жизни.
"Эта работа ознаменовывает новую эру в синтетической генетике, биотехнологии, экзобиологии, даёт нам новое понимание жизни, — пишет Джойс. – однако она не представляет полностью синтетическую платформу. Для этого необходимо создать ДНК, которой для работы не нужны будут ферменты. Тогда мы сможем говорить о настоящих альтернативных формах жизни".
