Если геном – это рецепт жизни, пары оснований – это отдельные перечисленные ингредиенты. Эти химические структуры образуют ДНК, а у каждого живого организма на Земле их всего четыре. Конкретное расположение этих четырех пар оснований – A, T, C, G – делает нас теми, кем мы являемся.

Поэтому было большим сюрпризом, когда в 2014 году ученые Scripps Research показали, что они могут ввести две новые, неестественные пары оснований (они для краткости назвали их X и Y) в генетический код живых бактерий в лаборатории. Это было похоже на два невиданных ранее ингредиента, добавленных в рецепт, гипотетически расширяющих разнообразие блюд, которые может приготовить клетка.

Исследователи сразу же увидели потенциальные применения: при большем контроле и селекции они могли бы использовать клетки в качестве крошечных кухонь для приготовления новых лекарств и вакцин. Но то, что в генетическом рецепте больше букв, не означает, что клетка может их прочитать или знает, что с ними делать – или что что-то из этого работает в клетках организмов, более сложных, чем бактерии.

В исследовании, опубликованном 17 июня 2021 года в Nature Chemical Biology группа исследователей из Школы фармацевтики и фармацевтических наук Скаггса Калифорнийского университета в Сан-Диего помогла преодолеть эти препятствия.

Команда обнаружила, что механизмы дрожжевых клеток легко «считывают» неестественные ингредиенты X и Y, как это были бы A, C, T и G, и переводят их в РНК, которая в конечном итоге может быть переведена в белки, основу для почти каждая часть клетки. В отличие от бактерий, дрожжи – это эукариоты, часть того же класса многоклеточных форм жизни, что и животные, растения и грибы. (Примечание о безопасности: эти синтетические клетки не могут выжить без специальной жидкой пищи, предоставленной в лаборатории.)

Теперь мы можем точно увидеть, как механизмы эукариотических клеток взаимодействуют с неестественными парами оснований, но это не идеально, есть возможности для улучшения с точки зрения селективности и эффективности. Мы надеемся, что это открытие окажет глубокое влияние на полевые исследования, позволив разработать более эффективные неестественные пары оснований следующего поколения »

Донг Ван, доктор философии, старший автор, профессор фармацевтической школы Скаггса

Лаборатория Ванга давно изучает РНК-полимеразу II, важный фермент, обнаруженный в каждой клетке грибов, растений и животных. RNA Pol II читает рецепт ДНК и помогает преобразовать генетический код в информационную РНК. (Эта мРНК затем переносит этот генетический рецепт из ядра в цитоплазму, где он транслируется и используется для сборки белков в соответствии с инструкциями.) В прошлом команда изучала структуру РНК Pol II и то, как она реагирует на нормальные генетические рецепт икоты, такой как повреждение ДНК, вызванное радиацией.

В своем последнем исследовании команда Вана впервые шаг за шагом показала, как это выглядит со структурной точки зрения, когда эукариотическая РНК Pol II улавливает и включает в себя неестественные пары оснований при транскрипции фрагмента ДНК. При этом они обнаружили, например, что РНК Pol II избирательна – она ​​может связывать X или Y на одной цепи двухцепочечного генома ДНК, но не на другой.

«То, что у нас есть сейчас, – это уникальное видение того, что хорошо известно, а что нет в RNA Pol II», – сказал Ван, который также является профессором Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и кафедры химии и биохимии. «Эти знания важны для нас при разработке новых неестественных пар оснований, которые могут использоваться полимеразами РНК хозяина»