Ученые расширили генетический алфавит ДНК с четырех до восьми букв

Ученые научили один из важнейших ферментов биологии читать восьмибуквенный генетический алфавит, что потенциально расширяет возможности создания искусственных живых систем. Credit: Shutterstock

Вся известная жизнь на Земле основана на одном и том же четырехбуквенном генетическом алфавите. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего показали, что один из важнейших ферментов биологии может точно считывать и транскрибировать гораздо более крупную версию, содержащую восемь генетических букв.

Это открытие предполагает, что клетки могут использовать свой существующий молекулярный механизм для обработки синтетической генетической информации. Это важный шаг к давней цели синтетической биологии: расширению языка ДНК за пределы четырех букв, встречающихся в природе. В будущем такие системы могут помочь ученым создавать биологические механизмы, выполняющие новые функции или производящие соединения, которые не существуют в природе.

Как клетки читают восьмибуквенный генетический алфавит

Исследователи сосредоточились на РНК-полимеразе — ферменте, который считывает ДНК и производит РНК, что является первым этапом экспрессии генов. Чтобы увидеть, как фермент обрабатывает синтетическую генетическую информацию, команда объединила биохимические эксперименты с высокоразрешающей криоэлектронной микроскопией, способной выявлять структуры размером меньше ширины одного атома.

Ученые получили детальные структурные изображения РНК-полимеразы из бактерий Escherichia coli (E. coli) в процессе распознавания и включения двух синтетических пар оснований. Эти искусственные генетические буквы не встречаются в природе.

Изображения показали, что РНК-полимераза идентифицирует синтетические буквы ДНК, используя многие из тех же биохимических и структурных сигналов, на которые она полагается при распознавании природных пар оснований. Это открытие помогает объяснить, почему фермент может точно копировать информацию, записанную с использованием расширенного генетического алфавита.

В связанном исследовании, опубликованном в PNAS, та же исследовательская группа обнаружила, что РНК-полимераза также может распознавать другую пару синтетических оснований, даже несмотря на отсутствие водородных связей, которые обычно помогают удерживать пары оснований ДНК вместе.

Синтетическая ДНК может обеспечить новые технологии

Потенциальные применения выходят далеко за рамки понимания того, как работает ДНК. Более ранние исследования уже использовали расширенные генетические алфавиты для создания синтетических молекул ДНК, способных распознавать клетки рака печени.

Показав на молекулярном уровне, как РНК-полимераза считывает и транскрибирует неприродные буквы ДНК, новое исследование закладывает важную основу для технологий, основанных на расширенных генетических кодах. Возможные применения включают новые диагностические инструменты, терапевтические средства и искусственные биологические системы с возможностями, которые не встречаются в природе.

Два исследования расширенных генетических кодов

Исследование в Nature Communications («Структурная основа транскрипции восьмибуквенного алфавита Hachimoji РНК-полимеразой E. coli»), проведенное профессором Донгом Вангом из Школы фармации и фармацевтических наук Калифорнийского университета в Сан-Диего, было опубликовано 2 сентября 2026 года.

Исследование в PNAS («Гидрофобная неприродная пара оснований способствует закрытию петли триггера и катализу в клеточной РНК-полимеразе независимо от водородных связей»), также проведенное Вангом, было опубликовано 12 августа 2026 года.