новости биологии развития

© Горностаев Николай Георгиевич, к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории эволюционной генетики развития ИБР РАН. Области интересов: популяционная и эволюционная генетика, эволюция, экология и морфология беспозвоночных.

Группа ученых из нескольких университетов и научных центров США сообщают в новом выпуске Science (Hoshika et al., 2019, Science 363, 884–887, 22 February 2019) о том, что им удалось создать и добавить в генетический алфавит четыре новых нуклеотида. Помимо хорошо известных, стандартных нуклеотидов A, T, G и C, созданы два пуриновых нуклеотида P и B и два пиримидиновых Z и S, которые образуют соответственно пары P:Z и B:S в дополнение к стандартным парам G:C и A:T. Получившийся новый расширенный генетический алфавит исследователи назвали японским словом «хатимодзи» (“hachimoji”), от японских слов «хати» — восемь и «модзи» — буква.

Молекулы ДНК, состоящие из восьми нуклеотидов, оказались похожи на классическую двойную спираль по ряду важнейших признаков: по кристаллической структуре, по температуре плавления (разъединения цепей) и по устойчивости. Особенно интересно, что на основе такой искусственной восьмибуквенной ДНК удалось построить соответствующую РНК-копию.

Слева две пары в каждом наборе формируются из четырех стандартных нуклеотидов, справа две пары в каждом наборе образуются из четырех новых нестандартных нуклеотидов.

Ученым также удалось построить из хатимодзи-РНК аптамер — сложную структуру, которая способна связывать другие вещества.

Этот пример синтетической биологии делает доступной для изучения генетическую систему, построенную из восьми различных составных элементов – нуклеотидов. С увеличением количества нуклеотидов возрастает информационная плотность по сравнению со стандартной ДНК, а предсказанная стабильность молекул хатимодзи-ДНК, состоящих из восьмибуквенных последовательностей, имеет потенциальные приложения в хранении информации и самосборке наноструктур, в биотехнологиях недалекого будущего. Структурные различия в молекулах хатимодзи-ДНК не больше, чем различия в стандартных ДНК, что делает эту систему потенциально способной поддерживать молекулярную эволюцию. Кроме того, и это также представляется существенным, в дополнение к своим возможным биотехнологическим применениям, эта работа расширяет наши представления о возможных вариантах строения ДНК и эволюции биологических систем, с которыми мы можем столкнуться в процессе нашего поиска иной жизни в космосе.