Биологи заставили искусственную ДНК жить и эволюционировать

Текст: Надежда Маркина/Infox.ru

Биологи из Флориды сделали шестибуквенную ДНК, которая самовоспроизводится и эволюционирует. Подробности своей работы они рассказали корреспонденту Infox.ru.

О создании первой в мире ДНК с искусственным генетическим кодом объявили ученые из лаборатории Стивена Беннера (Steven A. Benner), который работает в Фонде прикладной молекулярной эволюции в Гейнсвилле, Флорида (Foundation for Applied Molecular Evolution in Gainesville). Доклад группа сделала на съезде Американской ассоциации за достижения в науке (American Association for the Advancement of Science). Как рассказал Стивен Беннер корреспонденту Infox.ru, в работе участвовали также ученые из Института науки и технологии Вестхеймера (Westheimer Institute for Science and Technology) в Гейнсвилле.

«Синтетическая ДНК, как и природная, имеет вид двойной спирали, -- говорит Беннер Infox.ru, -- но в ее состав помимо природных четырех нуклеотидов входят два искусственных. Она самовоспроизводится, размножается и даже эволюционирует». Авторы ДНК считают, что это большой шаг к созданию искусственной жизни.

В генетический алфавит добавили две буквы

НуклеотидыСоставные части нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). Построены из пентозы, азотистого основания и остатка фосфорной кислоты. В зависимости от вида азотистого основания (аденин, гуанин, тимин и цитозин, в РНК вместо тимина -- урацил) различают четыре вида нуклеотидов, обычно обозначаемых буквами А, Г, Т, Ц и У. Последовательность нуклеотидов в ДНК образует генетический код.

В течение 20 лет Стивен Беннер и его коллеги работали, чтобы создать в лаборатории искусственные генетические системы -- молекулы, способные копировать себя, передавать таким способом информацию и эволюционировать. То есть использовать генетический код, подобный природному.

Ученые из команды Беннера расширили генетический код, добавив к четырем природным кирпичикам, составляющим ДНК – нуклеотидам (А, С, Т и G) искусственные, полученные при их химической модификации. «Максимально исходя из структуры двойной спирали ДНК, открытой Уотсоном и Криком, мы можем использовать для генетического кода алфавит из двенадцати букв, -- сказал Стивен Беннер корреспонденту Infox по телефону. – Но пока ограничились шестибуквенным: это четыре природных нуклеотида и два искусственных».

Искусственная ДНК получилась не слишком длинной: в то время как ДНК человека содержит 3 миллиарда пар оснований, самая длинная молекула Беннера насчитывала всего лишь 81 пару оснований.

Она размножается и эволюционирует

Сконструированная ДНК оказалась способна к репликации – самовоспроизведению и размножению путем полимеразной цепной реакции. Правда, для этого ее надо «кормить» нуклеотидами и ферментами, добавляя их в жидкую реакционную среду, и следить за температурой. По словам Беннера, синтетическая ДНК работает с теми же ферментами, что и природная. Важно, что при этом искусственные нуклеотиды не терялись, не выбрасывались из системы.

Ученые говорят, что наблюдали «эволюцию по Дарвину» искусственной ДНК. Она заключалась в том, что при копировании возникали ошибки, и в результате получались несколько измененные последовательности ДНК. Которые, в свою очередь, многократно копировались. Авторы работы расценивают это как признаки эволюции. «Эволюция возможна потому, что ДНК в клетках копируется не абсолютно, а с ошибками. Возникающие мутации уничтожаются, если они вредны, и закрепляются, если они полезны», -- напоминает Беннер.

Возникает вопрос, может ли искусственная ДНК кодировать искусственные белки. В принципе, может, говорит Беннер. В его работе, опубликованной в Nature еще в 1992 году, описывается синтез белков с неприродными аминокислотами. Тогда экспериментаторы расширили генетический код созданием нового кодона – участка из трех нуклеотидов, кодирующего одну аминокислоту. Так что, возможно, в будущем ученые научат и шестибуквенную ДНК «делать» белки.

Жизнь может быть иной

Попытки создания «искусственной жизни» ученые предпринимают, чтобы понять, как жизнь возникла на Земле и могла ли она зародиться на других планетах. «Один из способов разобраться в этом – сделать жизнь в своей собственной лаборатории», -- говорит Беннер.

Однако, по его словам корреспонденту Infox, синтетическую ДНК пока нельзя считать искусственной жизнью, так как пока искусственная генетическая система не может существовать самостоятельно. «Большинство ученых считают, что искусственная жизнь должна быть самодостаточной химической системой, способной к эволюции. Мы получили химическую систему, способную к эволюции, но она не самодостаточна. Значит, это еще не искусственная жизнь, но большой шаг к ней», -- говорит Беннер.

Однако сам факт того, что в синтетическую ДНК были включены химические вещества, не существующие в природе (искусственные нуклеотиды), говорит о том, что жизнь в принципе может быть биохимически совсем иной, чем на Земле. А значит, ничто не мешало ей зародиться на других планетах из других исходных веществ.