Создана искусственная ДНК, способная развиваться вне клетки
Профессор Нориказу Итихаси и его коллеги из Токийского университета впервые успешно индуцировали экспрессию генов из ДНК, характерную для всего живого, и эволюцию путем непрерывной репликации внеклеточно, используя только бесклеточные материалы, такие как нуклеиновые кислоты и белки.
Способность размножаться и эволюционировать является одной из определяющих характеристик живых организмов. Однако до сих пор не было создано искусственных материалов с такими характеристиками.
Чтобы создать искусственную молекулярную систему, способную размножаться и эволюционировать, информация (гены), закодированная в ДНК, должна быть переведена в РНК, белки должны быть экспрессированы, а цикл репликации ДНК с этими белками должен продолжаться в системе в течение длительного времени. До сих пор не удавалось создать реакционную систему, в которой экспрессировались бы гены, необходимые для репликации ДНК, и одновременно эти гены выполняли бы свою функцию.
Группе ученых удалось перевести гены в белки и реплицировать исходную циркулярную ДНК с переведенными белками с помощью циркулярной ДНК, несущей два гена, необходимых для репликации ДНК (искусственная геномная ДНК), и бесклеточной системы транскрипции-трансляции. Кроме того, они также успешно усовершенствовали ДНК, чтобы она эволюционировала до ДНК с 10-кратным увеличением эффективности репликации, продолжая этот цикл репликации ДНК в течение примерно 60 дней.
Добавив гены, необходимые для транскрипции и перевода, в искусственную геномную ДНК, разработанную группой, в будущем можно будет создать искусственные клетки, которые смогут расти автономно, просто подавая им низкомолекулярные соединения, такие как аминокислоты и нуклеотиды. Если такие искусственные клетки удастся создать, можно ожидать, что полезные вещества, которые в настоящее время производятся с помощью живых организмов (например, вещества для разработки лекарств и производства продуктов питания), станут более стабильными и легко контролируемыми.
Данное исследование проводилось под руководством профессора Нориказу Ичихаши, научного руководителя проекта "Разработка саморегенеративной искусственной системы репликации-транскрипции-трансляции генома" в исследовательской области "Крупномасштабный синтез генома и программирование клеток" в рамках Стратегических программ фундаментальных исследований JST CREST (тип команды). В этой области исследований JST стремится выяснить основные принципы в отношении структуры и функции геномов для создания платформенной технологии использования клеток.
