Ферменты заставили эволюционировать искусственные ДНК

Ферменты заставили эволюционировать искусственные ДНК

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".

vesti.ru

Похожие новости:
Химики открыли путь к синтетической жизни
Команда химиков под руководством Арье Уоршела (Arieh Warshel) из Университета Южной Калифорнии разработали метод, позволяющий предсказать каталитическую активность различных ферментов. В будущем это позволит создавать ферменты с нужными свойствами для промышленного производства, а также для получения искусственных клеток. ..
2016-05-11 1947 0 Научные открытия
0
Биологи увидели ДНК внутри хромосомных «затычек»
Коллектив биологов и физиков из Университета северной Каролины разработал новый метод на основе атомно-силовой микроскопии, который позволяет проследить движение ДНК как снаружи, так и внутри ДНК-белковых комплексов. Этот метод позволил исследователям рассмотреть в деталях теломеры — «затычки» на концах хромосом, ..
2016-02-13 1360 0 Научные открытия
2
Ученые создали искусственные тромбоциты
Ученые из  Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UC Санта-Барбара) создали синтетические тромбоциты, компоненты крови, которые препятствуют чрезмерному кровотечению и обладают способностью быстро заживлять раны,сообщает«WordScience.org». Уникальные физические и биохимические свойства тромбоцитов играют важную роль в выполнении сложных биологических ..
2012-06-5 1566 0 Научные открытия
0
Ученые смогли трансформировать искусственную клетку
Это большая мечта в области науки: начать с нуля, с простых искусственных микроскопических блоков и в конечном итоге закончить чем-то гораздо более сложным: живыми системами, новыми компьютерами или разнообразными материалами. На протяжении десятилетий ученые мечтали создать искусственные ..
2014-02-06 1585 0 Научные открытия
-1
Физики научились перемещать объекты по воде при помощи волн
Ученые из Австралии, Израиля и России научились с помощью волны перемещать объекты на поверхности воды. Результаты своего исследования авторы опубликовали в журнале Nature Physics, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Австралийского национального университета в Канберре. Специалисты с помощью волновых ..
2014-08-12 2322 0 Научные открытия
0
Подлёдное озеро Антарктики вскрыто: российские полярники ждут встречи с фантастическими формами жизни
Российские учёные первыми в мире добрались до вод озера Восток, которые были законсервированы подо льдами Антарктики в течение миллионов лет. В "чужеродной" среде они надеются обнаружить невиданные науке организмы, которые за несколько тысячелетий могли эволюционировать в необычные формы ..
2012-02-8 2612 0 Научные открытия
1
Рукотворные нейроны - шаг к искусственному интеллекту
Еще в прошлом веке светила науки утверждали, что находятся в шаге от создания искусственного интеллекта. Но пока что созданы лишь отдельные его элементы. Ученые во Владивостоке разрабатывают искусственные нейроны, из которых можно собрать целую нервную систему. Уже скоро ими можно будет замещать ..
2012-04-3 1486 0 Научные открытия
0
На ДНК рассмотрели прыгающие супервитки
Ученые показали, что супервитки на ДНК могут не только линейно двигаться, но и "прыгать" с места на место по всей длине молекулы. Работа опубликована в журналеScience, ее краткое содержание приведено на сайте Делфтского технического университета. Супервитками называются скручивания двуцепочечной нуклеиновой кислоты вокруг самой себя. Если ..
2012-09-14 1377 0 Научные открытия
0
Химики приблизились к разгадке возникновения жизни на Земле
Американские химики утверждают, что пара простых соединений, в изобилии доступных на древней Земле, способны создать три основных класса биомолекул, необходимых для развития жизни: нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), аминокислоты и липиды. Исследование на эту тему представлено в журнале Nature Chemistry. Возникновение ..
2015-03-20 2590 0 Научные открытия
1
Из бактерий и золота ученые создали материал будущего
Человечество пока не строит космические корабли, походящие на гигантские живые организмы, как в научной фантастике, но подобное уже, кажется, не за горами. Исследователи из Массачусетского технологического института разработали материал будущего - нечто, обладающее свойствами живых и неживых субстанций. Если коротко, инженеры ..
2014-05-05 3064 0 Научные открытия
0
Ученый из МГУ помог раскрыть загадку дыхания кишечной палочки
Международная группа ученых при участии исследователя из МГУ имени М.В. Ломоносова выяснила, с помощью какого фермента кишечной палочке удается дышать. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.Энергия для жизнедеятельности любого организма поступает с пищей и генерируется при помощи окислительно-восстановительных процессов. Пища ..
2016-04-26 1418 0 Научные открытия
0
Ученые впервые синтезировали ДНК с тремя парами оснований
Американские ученые из TSRI (The Scripps Research Institute, Исследовательский институт Скриппса) впервые синтезировали ДНК с тремя парами оснований и вырастили на ее основе культуру бактерий, способных к самовоспроизводству. Биологи представили свою работу в журнале Nature, кратко с ее результатами можно ..
2014-05-08 1785 0 Научные открытия
0
РНК научили синтезировать РНК
Биологи из Инстититута Скриппса в ходе эксперимента по «эволюции-в-пробирке» получили молекулу РНК, которая способна катализировать синтез других РНК. Предполагается, что на заре возникновения жизни появление подобных молекул должно было стать переломной точкой между химической и биологической эволюцией. И, хотя такие РНК-ферменты уже делали в подобных ..
2016-08-24 2090 0 Научные открытия
0
Биологи заглянули в «моторный отсек» запускающего репликацию комплекса
Ученые из США разобрались в активной структуре человеческого ORC комплекса, который связывается с точкой начала репликации и инициирует удвоение клеточной ДНК в процессе деления. Проведенное исследование помогает понять, каким именно образом образуется связь между ДНК и ORC, как в этом процессе используется АТФ и почему мутации ..
2017-03-26 13277 0 Научные открытия
0
Японские физики освоили трёхмерную левитацию
Трое физиков из Токийского университета опубликовали на сайте препринтов arXiv.org свою статью, в которой описали разработанный ими метод левитации, осуществляемый в трёхмерном пространстве при помощи звуковых волн. По словам авторов исследования, эта технология — новое слово в звуковой левитации. Способов ..
2014-01-10 2414 0 Научные открытия
0