Раскрыт принципиально новый механизм хранения информации в ДНК
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.
