Японський експеримент: штучна геномна ДНК розмножується і еволюціонує поза клітиною

Схема. Штучна геномна ДНК розмножується й еволюціонує поза клітиною (див. пояснення наприкінці замітки).

Професору Норікадзу Ітіхаші і його колегам з Токійського університету вперше вдалося домогтися позаклітинної експресії генів штучної ДНК з подальшим відтворенням цієї ДНК.

Здатність до розмноження (і, як наслідок, до еволюції) - одна з визначальних характеристик живого. І давній виклик для вчених - розробити штучну молекулярну систему, здатну розмножуватися і еволюціонувати. Вже зараз модифіковані мікроорганізми використовуються для виробництва медпрепаратів, і цей напрямок швидко і стійко розвивається, обіцяючи регулярну появу нових цікавих результатів. Технології на основі дизайнерських мікроорганізмів зможуть, наприклад, скоротити кількість шкідливих викидів виробництв і змінити індустрію переробки побутового сміття. Для того, щоб це стало можливим, потрібне повне розуміння всіх процесів у створюваних системах - тільки тоді вони будуть під повним контролем і стануть виробляти саме те, що заплановано, без несподіваних побічних ефектів.

У лабораторії Ітихаші використовуються добре відомі і очищені від домішок білки і РНК - створена вченими безклітинна система транскрипції і трансляції не містить невідомих «деталей».

Вченим вдалося зробити білки, ґрунтуючись на інформації, закладеній в ДНК, і далі відтворити вихідну кільцеву ДНК. Використовувалася несуча необхідні для реплікації два гена кільцева ДНК (штучна геномна ДНК) і вищезгадана безклітинна система транскрипції-трансляції. Крім того, була показана здатність такої ДНК еволюціонувати - за час експерименту зафіксовано десятикратне збільшення ефективності реплікації (цикл реплікації ДНК тривав протягом двох місяців).

Додавши в розроблену японцями штучну геномну ДНК гени, необхідні для транскрипції і трансляції, в майбутньому можна буде створити штучні клітини. Вони будуть рости автономно, отримуючи необхідні для цього низькомолекулярні сполуки - амінокислоти і нуклеотиди. Коли такі штучні клітини будуть створені, ми можемо очікувати, що корисні речовини, вироблені в даний час з використанням модифікованих живих організмів, стануть доступнішими і якіснішими.

На схемі:

Система складається з кільцевої ДНК і спеціально для цієї мети зміненої безклітинної системи експресії генів (заснованої на системі експресії бактерії E. coli), включаючи РНК-полімеразу T7 і dNTP. Кільцева ДНК містить гени ДНК-полімерази phi29 і рекомбінази Cre під промотором T7 і сайтом loxP для рекомбінації рекомбіназою Cre.

Спочатку ДНК-полімеразу phi29 і рекомбіназу Cre експресуються за допомогою транскрипції і трансляції.

Потім експресована ДНК-полімераза phi29 ініціює реплікацію по колу для отримання довгої одноланцюжкової ДНК і в подальшому синтезує комплементарну нитку для отримання довгої двошіпочкової ДНК.

На завершення рекомбіназу Cre каталізує гомологічну рекомбінацію в сайтах loxP для відтворення кільцевої ДНК. Система інкапсулюється в мікрокаплі і продовжує реплікацію протягом багатьох поколінь, а в ДНК накопичуються мутації, що дає можливість еволюції.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND