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

07.07.2020 18:00:00

…проект ИТЭР по созданию крупнейшего в мире термоядерного реактора прошел важную веху — на место установлено основание криостата, самая большая и тяжелая часть токамака...

…созданы структуры для фотосинтеза, более эффективного, чем природный, — капли размером с клетку, содержащие мембраны хлоропластов шпината и компоненты ферментативного цикла для синтеза органических молекул из углекислого газа…

…каждая третья женщина европейского происхождения имеет «неандертальский» вариант рецептора гормона прогестерона, связанный с повышенной рождаемостью, более редким кровотечением на ранних сроках беременности и меньшим количеством выкидышей…


>>
20.05.2020 18:30:00

Вакцины – какие, сколько и на какой стадии?

Даже когда острая фаза пандемии COVID-19 закончится и меры карантина больше не будут нужны, сам вирус никуда не денется, а продолжит жить среди нас. Самый эффективный способ от него защититься – сделать вакцину.

>>
18.05.2020 19:00:00

Коронавирусы: в семье не без урода

Найдены молекулярные отличия более патогенных коронавирусов от менее патогенных. Пока не вполне ясно, как эти отличия работают. Но возможно ученые смогут понять, почему настолько похожие инфекционные агенты приводят к таким разным последствиям для человека.

>>
13.05.2020 17:00:00

…из-за снижения транспортных потоков во время пандемии коронавируса уменьшились сейсмические шумы в коре Земли; специалисты считают, что это облегчит мониторинг слабых землетрясений, вулканической активности и других сейсмических событий...

…6 марта с мыса Канаверал стартовала миссия Space X CRS-20, которая доставит на МКС 250 пробирок со стволовыми клетками человека; на протяжении месяца они будут развиваться в кости, хрящи и другие ткани в условиях невесомости...

…по мере того как на рынок выходят художественные произведения, разработанные с помощью генеративных алгоритмов и когнитивной робототехники, встает вопрос об авторском праве на них…

>>
05.05.2020 17:00:00

Смартфон может незаметно передавать секретные сведения посторонним через неучтенную разработчиками прореху на границе между столом и смартфоном. Как же это может быть? Ответ в ходе серии экспериментов получили исследователи из Вашингтонского университета.

>>