19 января 2023, 18:00

Раскрыт принципиально новый механизм хранения информации в ДНК

Молекулярная биология
Молекулярное моделирование
Генетика
Раскрыт принципиально новый механизм хранения информации в ДНК
Максим Никитин в лаборатории

В 1953 году Джеймс Уотсон и Френсис Крик расшифровали структуру ДНК в виде двойной спирали. Такая модель подразумевала, что у каждой цепочки есть идеальная пара — комплементарная цепочка, и они связываются друг с другом благодаря специфическим взаимодействиям составляющих их нуклеотидов.

До сих пор на эту стройную базу добавляются новые механизмы взаимодействия ДНК с другими молекулами, например, эпигенетическая регуляция работы генов, без изменения их последовательности. Теперь же руководитель направления «Нанобиомедицина» Университета «Сириус», заведующий лабораторией МФТИ Максим Никитин предложил совершенно новую концепцию того, как может храниться и реализовываться информация, заключенная в ДНК.

Модель, представленная исследователем и единственным автором работы, предполагает, что принцип комплементарности соблюдается не всегда, и взаимодействие между нуклеотидными цепями может происходить, даже если они не являются идеальной парой. Так, в классическом варианте имеет место наибольшая степень аффинности, то есть наиболее сильное взаимодействие. Если начать заменять нуклеотиды в одной из цепей один за другим, аффинность будет падать, но взаимодействие все равно окажется возможным. В итоге у каждой одинарной цепи ДНК есть множество возможных партнеров даже в пределах строго определенного уровня «идеальности», и такое множество Никитин назвал континуумом аффинностей.

Согласно этой же концепции оказывается возможным передать информацию между двумя совершенно некомплементарными цепочками (положим, А и Б) при помощи третьей — передатчика (Х). Х может с тем или иным успехом взаимодействовать и с А, и с Б, однако если в общей смеси окажется больше, например, А, то количество комплексов БХ снизится. Перенося ситуацию в клетку, можно сказать, что удалось при помощи А посредством Х изменить активность Б без прямого образования пары АБ. Такой механизм автор представил как «молекулярную коммутацию» ДНК.

Никитин также экспериментально доказал, что можно всего на основе одной цепи образовать целую систему из ее «неидеальных» партнеров и тем самым совершенно по-разному интерпретировать заключенную в ней информацию. В ходе компьютерного моделирования он смог на этом построить целую схему, имитирующую работу 572-битной ячейки памяти, что превосходит по емкости все имеющиеся ячейки в современных запоминающих устройствах.

Однако самая главная идея работы состоит в том, что путей регуляции генов может быть гораздо больше, чем в рамках концепции строгой комплементарности цепей. Даже низкоаффинные взаимодействия могут оказать драматический эффект на работу ДНК, что важно учитывать при разработке способов генной терапии человека. Кроме того, молекулярная коммутация может происходить между ДНК и другими молекулами, например белками. Однако на данный момент не хватает ресурсов для изучения такого эффекта.

Профили учёных из новости

Публикации из новости

Читайте также

Усовершенствованные плазмиды облегчат получение терапевтически значимых белков
Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН усовершенствовали конструкцию генетического вектора, с помощью которого в клетках млекопитающих можно синтезировать белки, используемые для лечения различных заболеваний, например гемофилии и бесплодия. Авторы уменьшили размер генетической конструкции на одну треть таким образом, что уровень биосинтеза модельного белка увеличился на 20%, сохранив а способность векторной плазмиды поддерживать постоянный уровень биосинтеза белков в течение 60 дней практически не изменилась.
Генетика
Клеточная биология
Молекулярная биология
26 ноября 2023
Разработан способ редактировать гены некодирующих РНК
Ученые нашли способ редактирования генов некодирующих РНК с помощью системы CRISPR/Cas9. Некодирующие РНК регулируют работу генов, участвуют в передаче сигналов внутри и между соседними клетками, а также вовлечены в развитие наследственных, инфекционных (ВИЧ, гепатиты В, С), иммунологических и опухолевых заболеваний. Полученные данные помогут разобраться в механизмах этих болезней, а также предложить новые подходы к их лечению.
Генетика
Клеточная биология
Молекулярная биология
27 сентября 2023
Нестандартные теломеры насекомых помогут понять механизмы старения
Биологи выявили, что у насекомых теломеры, находящиеся на концах хромосом и защищающие их от разрушения, — крайне разнообразны в отличие от большинства других групп живых организмов. Обычно основу теломер составляют простые повторяющиеся кусочки ДНК, так называемые мотивы, каждый длиной в 5-7 нуклеотидов — «кирпичиков» теломер. Ученые обнаружили, что теломерные мотивы пчел, ос и наездников могут иметь от 1 до 11 нуклеотидов, а у мух нуклеотидов в 10-30 раз больше. Учитывая, что изменения, которые происходят с теломерами в течение жизни, часто связывают со старением, новые данные позволят лучше понять механизмы этого процесса.
Генетика
Зоология беспозвоночных
Молекулярная биология
7 сентября 2023
Биологи изучили динамику важного для регуляции генома димера гистоновых белков
Оказалось, большую роль играет изгибание как самого димера, так и ДНК, с которой он взаимодействует
Молекулярная биология
Молекулярное моделирование
26 мая 2023
«Сладкие» белки помогают чесноку защититься от грибной инфекции
Эти молекулы участвуют в развитии растений и их адаптации к стрессу, а теперь исследователи обнаружили, что некоторые из последовательностей, их кодирующих, активируются в растениях чеснока при грибных инфекциях
Генетика
Молекулярная биология
Физиология растений
24 мая 2023
ДНК-аптамерные метки помогли видеть глиому прямо во время операции на мозге
Они со 100% избирательностью связывались с клетками опухоли и при этом были безопасны для подопытных животных
Молекулярная биология
Молекулярное моделирование
Онкология
10 апреля 2023