Екип от биохимици от САЩ съобщава, че един от ключовите ензими в биологията, РНК-полимеразата, е способен точно да разчита и транскрибира ДНК, съдържаща не четири, а осем генетични „букви“. Използвайки криоелектронна микроскопия с атомна резолюция, учените са изследвали как бактериалният фермент разпознава и вгражда изкуствени синтетични двойки бази, които не се срещат в природата. Това откритие приближава науката към създаването на синтетични организми с разширен генетичен код, способни да изпълняват напълно нови биологични функции.
Всичко живо на Земята използва една и съща система за съхранение на наследствена информация: ДНК се състои от четири „букви“ — аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C), които образуват две комплементарни двойки (A-T и G-C). Учените мечтаят да разширят тази азбука, като добавят изкуствени букви, за да записват нови думи от генетичния код, които не съществуват в природата. За целта обаче е необходимо клетъчният механизъм, преди всичко РНК-полимеразата, която чете ДНК и синтезира РНК, да може правилно да разпознава и обработва тези чужди основи, пише Science Daily.
Как работи синтетичната генетична разширителна система?Специалистите от Калифорнийския университет в Сан Диего са използвали две изкуствени основи, които образуват двойки с четири водородни връзки (вместо две при A-T и три при G-C) и имат напълно различна химична структура. За да разберат как РНК-полимеразата от E. coli се справя с тази „непозната“ ДНК, изследователите са приложили криоелектронна микроскопия, която позволява да се видят отделните атоми. Те замразиха комплекса от ензим и синтетична ДНК в различни моменти от транскрипцията и получиха триизмерни структури с разделителна способност около 2–3 Å, тоест по-малка от диаметъра на един въглероден атом.
Удивително е, но ферментът разпознава синтетичните двойки основи с помощта на същите биохимични и структурни сигнали, които използва и в случая с естествените азотни основи. Нещо повече, в съпътстваща статия същият екип от изследователи показва, че РНК-полимеразата е способна да разпознава още една двойка синтетични „букви“, при които изобщо липсват водородни връзки, каквито обикновено задържат двойките основи.
Това означава, че ферментът е много по-толерантен към химическата структура на ДНК, отколкото се смяташе, и може да се използва за работа с най-разнообразни изкуствени азбуки.
Практическият потенциал на това откритие е огромен. Разширеният генетичен код ще позволи в бъдеще да се създават протеини с неестествени аминокиселини, които притежават нови функции, като например по-ефективни ензими, биоразградими пластмаси с зададени свойства или лекарствени молекули, които не предизвикват имунен отговор.
Успешното разчитане на осембуквен генетичен код от модифициран ензим показва, че фундаменталните закони на познатата ни биология могат да бъдат разширени от човешката ръка.