Биохимики не оставляют попыток улучшить ДНК

В состав ДНК входят 4 типа азотистых оснований: аденин, тимин, цитозин и гуанин, которые образуют пары, соединяясь с помощью водородных связей. Аденин (А) комплементарен тимину (Т), а цитозин (C) – гуанину (G).

Несмотря на то, что ученые научились вводить модифицированные азотистые основания в геномы различных организмов, полностью заменить четырехбуквенный «алфавит» другими буквами пока не удалось.

Стивен Беннер (Steven Benner), американский биохимик, еще в 1989 году сумел ввести в ДНК пару модифицированных оснований – изо-цитозин и изо-гуанин. Оказалось, что ДНК, несущая измененные мономеры, может реплицироваться и транскрибироваться, то есть узнается ферментами клетки. Правда, из-за нестабильного положения атома водорода, изо-гуанин нередко ошибочно связывался с тимином.

Эрик Кул (Eric Kool) из Стендфордского университета сумели создать аналог тимина — азотистое основание дифлуоротолуен (F), положение водорода в котором было зафиксировано. Дифлуоротолуен также узнавался полимеразами клетки, благодаря тому, что форма этой молекулы соответствовала форме тимина.

Флойд Ромесберг (Floyd Romesberg) из исследовательского института Скриппса смог выяснить, что именно влияет на распознавание того или иного основания ферментами клетки. Оказалось, что азотистое основание должно быть гидрофобным и быть способным образовывать водородные связи. Группа Ромесберга изучила более 3600 комбинаций между 60 основаниями в поисках пары, которая была максимально близка по свойствам к мономерам ДНК. Такой парой оказались ММО2 и SICS.

В 2011 году группа исследователей под руководством Ихиро Хирао (Ichio Hirao) сообщила, что им удалось создать ДНК, несущую пару оснований, получивших название Ds и Diol1-Px. Во время репликации эта пара сохранялась практически в 100% случаев. Ученым из Кембриджа удалось создать аналог нуклеиновой кислоты, в которой остатки сахаров заменены другими циклическими структурами. Созданную цепь назвали XNA, а исследователи сумели также получить фермент, способный превращать XNA в ДНК.

В геноме кишечной палочки большинство остатков тимина были заменены на хлорурацил. Модифицированная бактериальная линия выращивалась на среде с добавлением хлорурацила и уже через 5 месяцев не могла выживать без его присутствия. Этот эксперимент был проведен группой ученых под руководством Филиппа Марльера (Philippe Marlière), которая планирует заменить все 4 основания в геноме бактерии на гидрофобные аналоги.
 
Не стоит, правда, забывать, что все живые организмы в природе используют четырехбуквенный генетический алфавит, так как способны синтезировать эти компоненты самостоятельно.