Фермент бактерії зробив РНК на основі ДНК з вісьмома нуклеотидами. Природна складається з чотирьох

02 вересня 2026 р. 17:15

02 вересня 2026 р. 17:15

Біологи навчили фермент кишкової палички зчитувати ДНК, у якій на додачу до чотирьох природних нуклеотидних основ є також чотири синтезовані штучно. Фермент, який переписує інформацію з ДНК на РНК, щоб потім на її основі інший фермент міг синтезувати білок, розпізнав штучні нуклеотидні основи та вбудувати їх у послідовність РНК, як природні. Такий підхід сподіваються застосувати для розширення можливостей біоінженерії, зокрема створення білків, який не існує в природі. Дослідження опублікували в журналі Nature Communications .

Фермент бактерії зробив РНК на основі ДНК з вісьмома нуклеотидами. Природна складається з чотирьох. GIPHY

Що це за ДНК із вісьмома нуклеотидними основами?

У природі основу ДНК складають чотири нуклеотидні основи — аденін, гуанін, тимін і цитозин, а в РНК роль тиміну виконує урацил. Різні поєднання цих нуклеотидів дають організму можливість включати до послідовності білка 20 основних амінокислот, позначати місце початку та кінця його синтезу. Але у 2019 році науковці змогли штучно розширити кількість «літер» у ДНК до восьми, створивши так звану гачімоджі-ДНК (hachimoji, від японського «hachi» — «вісім» і «moji» — «літера»).

Тоді науковці показали, що така ДНК може поводитися, як справжня, формуючи водневі зв’язки між парами нововведених нуклеотидів Z-P і S-B. На додачу до цього, введення нових нуклеотидних пар не порушувало кристалічну структуру, тож потенційно гачімоджі-ДНК могла замінити справжню й розширити кількість інформації, яку можна вписати в один геном. Але перевірити, чи таку ДНК зможуть розпізнавати ферменти клітин, взялася американсько-корейська команда на чолі з науковцями Університету Каліфорнії у Сан-Дієґо.

Природні пари нуклеотидів у ДНК і РНК (верхній ряд) і штучні, введені в гачімоджі-ДНК (нижній). Li et al. / Nature Communications, 2026

Як фермент бактерії зчитав восьмилітерну ДНК?

Спершу науковці перевіряли, чи взагалі РНК-полімераза, фермент для переписування інформації з ДНК на РНК, кишкової палички ( Escherichia coli ) може розпізнавати кожен із нуклеотидів гачімоджі-ДНК і з’єднувати їх із відповідними парами. Для цього використовували короткі послідовності ДНК, де потрібний нуклеотид був на 10-й позиції від місця початку синтезу РНК, і перевіряли, чи за 15 секунд після запуску реакції з 9-нуклеотидної РНК перетвориться на 10-нуклеотидну. Окремо науковці перевіряли, чи замість справжньої пари фермент не приєднував випадковий нуклеотид.

Як виявилося, для всіх нуклеотидних основ утворювалися компліментарні пари, але збій найчастіше ставався в парі Z-P, де замість нуклеотиду P приєднувався природний гуанін. Цю проблему науковці обійшли, синтезувавши ще одну штучну нуклеотидну основу — Z*, у якій змінили частину молекули, замінивши нітрогрупу (-NO2) на карбоксамідну (-CON). Такий нуклеотид вже не зв’язувався з гуаніном, а лише зі своїм комплементарним нуклеотидом P. При цьому константа рівноваги реакції зв’язування цієї пари нуклеотидів виявилася лише приблизно вдвічі меншою, ніж для природної пари гуанін-цитозин. З цього науковці зробили висновок, що надійність формування штучної пари подібна на надійність формування природної.

Нуклеотид Z помилково зв'язувався з гуаніном через втрату одного протона, але після зміни його структури такого вже не відбувалося. Li et al. / Nature Communications, 2026

Дослідники також вивчали, як саме РНК-полімераза зв’язує чужорідні для неї нуклеотиди. Для цього використали кріоелектронну мікроскопію — метод, за якого зразок спершу охолоджують до кріогенних температур, що сповільнює рух молекул і дозволяє вивчити їхню структуру з високою роздільною здатністю. Як виявилося, формування пари Z-P відбувалося схоже до формування природних пар нуклеотидів. У самому ферменті таким самим чином розташовувалися атоми металів, що пришвидшують реакцію, а штучні нуклеотиди зв’язувалися з тими самими ділянками РНК-полімерази, що й природні. Подібні результати ця ж команда науковців раніше отримала для пари нуклеотидних основ S-B.

Що робитимуть із розширеним «алфавітом» ДНК?

Самі автори дослідження називають своє відкриття підтвердженням того, що на основі восьмилітерної ДНК можна побудувати такі самі молекулярні взаємодії, як і на основі базової чотирилітерної. А науковці, що стоять за створенням гачімоджі-ДНК, також підкреслювали , що розширення списку молекул, які можуть бути основою живого, може дати нам краще розуміння того, яким потенційно може бути позаземне життя.

Автори статті запропонували аж три різних застосування такої технології. Першим є синтез білків, яких не існує в природі, із новими функціями, адже перетворити послідовність із S-B нуклеотидів на послідовність амінокислот, які зазвичай трапляються в білках, уже вдавалося в лабораторії. Другим є синтез некодуючих РНК, які також можуть відігравати різні функції в організмі, зокрема зв’язувати окремі сполуки. І нарешті третім застосуванням є використання конструкцій зі штучними нуклеотидами в медицині, наприклад, для доставки ліків у ракові клітини.

Разом із цим, можливість включення нестандартних нуклеотидів у послідовність РНК поки показали лише «в пробірці» — на ізольованих нуклеотидах і виділеній з клітин бактерії РНК-полімеразі. Чи зможуть існувати організми, які використовують такий восьмилітерний генетичний код, і якими вони будуть, належить з’ясувати в наступних дослідженнях.

Які неприродні речі робили молекулярні біологи

🦠 Нещодавно науковці представили також бактерію, яка може виживати без однієї з 20 амінокислот, які вважають необхідними для всіх організмів.

🧬 Дослідники також синтезували РНК, яка здатна сама виправляти в собі поломки, — таку рису вважають необхідною для зародження життя на Землі.

🧪 Біохіміки зібрали з нуля синтетичну клітину, наділивши її лише мінімальним геномом, але її досі доводиться підгодовувати та вводити рибосоми.

🔃 Неприродні речі знаходили й у природі: бактерії виявилися здатними синтезувати ДНК на основі білка, а не навпаки, як роблять усі організми.

Наука