Версия для слабовидящих
Зазеркальная полимераза синтезировала зазеркальную ДНК Печать Email
Новости об инновациях
18.05.2016

Молекулярные биологи из Университета Циньхуа синтезировали и проверили работоспособность зеркальной версии ДНК-полимеразы, фермента, ответственного за копирование (репликацию) ДНК. Оказалось, что скорость работы «зазеркальной» системы, включающей в себя зеркальную молекулу ДНК, идентична таковой в экспериментах с обычной геометрией. Кроме того, ученые обнаружили, что выбранная ДНК-полимераза способна и к транскрипции — синтезу РНК на основе РНК. Независимые эксперты назвали работу «вехой» на пути к созданию полных зеркальных аналогов клеток. Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry, кратко о нем сообщает редакционный материал журнала.

Многие органические молекулы, важные для существования жизни, обладают хиральностью. Иными словами, взяв такую молекулу и ее зеркальное отражение будет невозможно совместить их простыми поворотами и движениями. Самым простым примером являются аминокислоты — каждая из них (кроме глицина) обладает по меньшей мере одним оптическим изомером. На уровне структуры различают левые и правые изомеры (L и D) — если взять молекулы природных аминокислот и расположить их в пространстве одинаковым образом (условно, совместив аминные и кислотные концы, а также атом углерода между ними), то окажется, что все они — левые.

Обычная и зеркальная ДНК-полимеразы. Zimou Wang et al. / Nature Chemistry, 2016

Точно также и молекула ДНК содержит в себе оптически активные фрагменты сахара — D-дезоксирибозы. Кроме того, сама двойная спираль обладает зеркальным двойником. Обычно, спирали ДНК — правозакрученные (по аналогии с правыми винтами). До сих пор точно неизвестно, почему в живой природе встречаются только L-аминокислоты, а не, например, только D-аминокислоты. Согласно различным теориям это могло произойти случайно, или же стать следствием некой фундаментальной асимметрии в природе. Вместе с тем, ничто не противоречит самой возможности существования зеркальных аналогов систем, действующих в живых организмах.

В новой работе авторы воспроизвели в «зазеркалье» белок одной из важнейших систем клетки, ответственный за копирование ДНК — ДНК-полимеразу. Из всех известных подобных ферментов ученые выбрали самый маленький — полимеразу X вируса африканской чумы свиней, состоящую из всего 174 аминокислот. Для сравнения, традиционно используемые полимеразы насчитывают свыше 600 аминокислот в своей цепи — прямой синтез из «зеркальных» мономеров настолько длинных конструкций не доступен современными методами. 

Для создания белка ученые использовали традиционный твердофазный синтез с небольшими модификациями. Он заключается в пошаговом наращивании аминокислотной последовательности на специально подготовленном силикагеле или высокопористом стекле. Поскольку метод не позволяет собирать цепочки длиннее 50 аминокислот, синтезировать полимеразу пришлось в несколько шагов. Авторы выращивали короткие фрагменты будущего фермента, а затем сшивали их между собой. Затем ученые позволили белку принять третичную структуру и создали необходимые дисульфидные мостики.

На следующем этапе работы биологи проверили активность полимеразы на зеркальных молекулах ДНК. В раствор помещали фермент, зеркальные дезоксирибонуклеотиды, родительскую цепочку L-ДНК из 18 оснований и комплементарный ей праймер — 12-нуклеотидный зеркальный олигомер, который полимераза должна была достроить. Авторы отмечают, что из-за малого размера фермент действовал очень медленно. Как в зеркальном, так и в обычном случае на удлинение праймера ушло четыре часа. Построение 56-нуклеотидной цепочки в тех же условиях потребовало 36 часов. 

Кроме того, ученые обнаружили, что выбранная ДНК-полимераза (как обычная, так и зеркальная) способна к синтезу РНК на основе матрицы ДНК. Это нетипичное свойство для этого класса ферментов. Авторы отмечают, что процесс происходит столь же неспешно, как и синтез ДНК — на создание 6-нуклеотидного участка РНК у фермента ушло 36 часов.

Также ученые проверили предположение о том, что активности зеркальных и обычных систем абсолютно независимы. Для этого в одном растворе смешали обыкновенные фермент, родительскую ДНК, праймер и дезоксирибонуклеотиды (мономеры ДНК) и их зеркальные аналоги. Оба процесса удлинения обычных и зеркальных праймеров шли абсолютно независимо друг от друга.

Создание зеркальных аналогов живых систем и организмов интересно, в частности, тем, что они не будут подвержены действию обыкновенных вирусов и ферментов. Существует ряд компаний, специализирующихся на синтезе зеркальных фрагментов ДНК и РНК, которые могут найти терапевтическое применение — обычные ферменты организма не смогут эффективно разрушать их, как это происходит с традиционными препаратами. Зеркальные организмы могут выступать, например, в роли вирусоустойчивых биофабрик различных веществ.

Следующим шагом может стать создание системы трансляции, ответственной за синтез зеркальных белков на основе зеркальной РНК. Для этого необходимо создать «с нуля» рибосому — главный органоид, который отвечает за этот процесс. Бактериальные рибосомы, как отмечают авторы, состоят из 50–80 небольших белков, большинство из которых имеет длину до 240 аминокислот, за редким исключением. Вкупе с набором других важных ферментов — зеркальных геликаз, РНК-полимераз, ДНК-лигаз и других — ученые получат полный набор молекулярный машин, нужных для самовоспроизведения зеркальной системы. Но, как отмечают авторы, для этого нужно решить еще большое количество проблем.

Автор: Владимир Королёв

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2016/zazerkalnaya-polimeraza-sintezirovala-zazerkalnuyu-dnk

 
Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта