Профессор Норикадзу Ичихаши и его коллеги из Токийского университета впервые успешно индуцировали экспрессию генов ДНК, характерную для всего живого, и эволюцию путем непрерывной внеклеточной репликации. Для этого они использовали только бесклеточные материалы, такие как нуклеиновые кислоты и белки.
Способность к размножению и развитию — одна из определяющих характеристик живого организма. Ученым не удавалось создать искусственных материалов, которые были бы способны на это. Чтобы разработать искусственную молекулярную систему, которая может размножаться и развиваться, информация (гены), закодированная в ДНК надо перевести в РНК, белки — экспрессировать, а цикл репликации ДНК с этими белками должен продолжаться в течение длительного периода в система. На сегодняшний день невозможно создать реакционную систему, в которой гены, необходимые для репликации ДНК, экспрессировались бы, пока в этом время эти гены выполняют свою основную функцию.
Чтобы обойти эту проблему, ученые из Токийского университета во главе с профессором Норикадзу Ичихаши вместо сложного механизма репликации ДНК, используемого живыми организмами, который требует большого количества генов, создали искусственную систему репликации всего с двумя генами — фермента репликации ДНК Phi29 и Cre-рекомбиназы. Исследователи предположили, что они белка будут хорошо функционировать при низких концентрациях и смогут экспрессироваться в достаточных количествах даже в существующих бесклеточных системах трансляции.
Они создали такую бесклеточную систему транскрипции-трансляции. В ней биологам удалось транслировать гены в белки и реплицировать исходную кольцевую ДНК с помощью кольцевой ДНК, несущей два гена, необходимых для репликации. Кроме того, они успешно улучшили исходную ДНК, увеличив эффективность ее репликации в 10 раз. Что касается сроков, то цикл репликации ДНК, которую запустили ученые, продолжался в течение 60 дней.
Добавляя гены, необходимые для транскрипции и трансляции, к искусственной геномной ДНК в будущем можно разработать искусственные клетки, которые могут расти автономно, просто скармливая им низкомолекулярные соединения, такие как аминокислоты и нуклеотиды. Если такие искусственные клетки удастся создать, можно ожидать, что полезные вещества, которые сейчас создаются с использованием живых организмов (например, для разработки лекарств и производства продуктов питания), станут более стабильными и их будет легче контролировать.
Читать далее
Самые длинные мосты в мире: как их строят и почему они известны на весь мир
Жизнь на Меркурии, поближе к Солнцу: очень плохая или гениальная идея
Самолетам придется летать выше: нижний слой атмосферы раздувается из года в год все сильнее