ТАСС, 15 ноября. Молекулярные биологи из России получили первые данные по структуре необычных молекул ДНК, которые синтезируют ферменты некоторых бактерий без "подсказок" от других участков генома. Это поможет понять, как первые мироорганизмы на Земле учились копировать генетическую информацию, сообщила пресс-служба Института теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук (ИТЭБ РАН) со ссылкой на статью в научном журнале Journal of Biomolecular Structure & Dynamics.
По общепринятой теории первые живые организмы на Земле были устроены совсем не так, как их современные потомки. Роль белков и ДНК в них играли молекулы РНК, которые одновременно хранили в себе генетическую информацию и ускоряли различные химические реакции. Поэтому эту гипотезу называют гипотезой РНК-мира.
Впоследствии эти задачи взяли на себя два разных типа молекул. Ученые до сих пор не могут понять, почему это произошло. В последние годы биологи и химики активно экспериментируют с различными короткими молекулами РНК и альтернативными фрагментами и формами ДНК, пытаясь воспроизвести процесс зарождения жизни в лаборатории и понять, что заставило древнейших обитателей планеты перейти на новую форму хранения и записи информации.
Валерия Антипова из ИТЭБ РАН и ее коллеги по институту, а также исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета сделали большой шаг к тому, чтобы раскрыть эту эволюционную загадку. Они изучали уникальные молекулы бактериальной ДНК, которые открыли еще в шестидесятых годах прошлого века.
Дело в том, что ученые долгое время считали, что новые копии молекул ДНК могут появляться в клетках только в том случае, если напрямую скопировать уже существующие образцы генетической информации.
Для этого нужны три дополнительных молекулы - фермент полимераза, который собирает новую нуклеотидную цепочку, сам образец копируемой ДНК, так называемая матрица, а также затравка-праймер. Он представляет собой короткую цепочку из нескольких нуклеотидов, которая может соединиться с матрицей и заставить полимеразу начать процесс репликации.
Фабрика генетической информации
С другой стороны, наблюдения за жизнью глубоководных архей Thermococcus litoralis и некоторых других микробов-экстремофилов показали, что этот процесс может проходить и без участия матрицы и праймера. Подобные археи, как обнаружили в 1997 году японские молекулярные биологи, могут собирать достаточно длинные цепочки ДНК (около 50 тыс. звеньев), используя лишь полимеразу и другие вспомогательные белки. Открытие того, что эти микробы могут не просто копировать, но и создавать новую генетическую информацию, породило огромный интерес к ним со стороны эволюционистов и биохимиков, которые создают системы точной ДНК-диагностики.
Российские исследователи проследили за тем, как работает один из подобных ферментов, белок Bst. Он есть в клетках еще одного теплолюбивого одноклеточного организма, бактерии Geobacillus stearothermophilus, которая обитает в водах гейзеров и в теплой почве.
Антипову и ее коллег интересовало то, как на разных стадиях их синтеза выглядят новые молекулы ДНК, которые собирает Bst. Дело в том, что во время различных биохимических экспериментов эти цепочки нуклеотидов вели себя не совсем так, как обычная ДНК. Это заставило многих исследователей подозревать, что у них могут быть уникальная структура и свойства.
Как показали эксперименты, безматричная ДНК действительно выглядит не так, как все остальные цепочки нуклеотидов. В частности, она оказалась очень неоднородной, состоящей из нитей разной длины. Часть из них формировала причудливые сетчатые узоры, причем белок параллельно собирал сразу несколько новых нитей ДНК, чья длина и структура зависела от активности других ферментов.
Дальнейшие наблюдения за работой фермента Bst, как надеются эксперты, помогут понять, что запускает процесс сборки новых молекул ДНК и что заставляет белок прекратить синтез текущей цепочки и начать этот процесс заново. Ответы на эти вопросы не только прояснят историю рождения механизмов передачи генетической информации, но и сделает методики генетической диагностики более точными, заключают исследователи.
