- Источник:
- Zoonar
Российский исследователь, зав. лабораторией нанобиотехнологий МФТИ и руководитель направления «Нанобиомедицина» в университете «Сириус» Максим Никитин сделал открытие, которое кардинально меняет современное представление об обработке и хранении информации в ДНК. Это новый фундаментальный механизм, который много лет оставался неизвестным. Выводы исследования в журнале Nature Chemistry, авторитетном издании в научном мире.
Более 70 лет считалось, что для переноса информации в ДНК задействуется структура двойной спирали — взаимодополняющих друг друга молекулярных цепей. Парадигма была основана на гениальном открытии Уотсона и Крика 1953 года. Принцип комплементарности и строгого соответствия азотистых оснований — «кирпичиков» ДНК — с тех пор считался фундаментальным для передачи наследственной информации.
Однако теперь — впервые — экспериментально доказано, что есть другой механизм: Никитин показывает, что ДНК может передавать генетические данные за счет взаимодействия относительно коротких одноцепочечных молекул ДНК/РНК (олигонуклеотидов) или других молекул.
Молекулы при этом могут иметь даже низкое сродство, а короткая ДНК, даже не комплементарная гену, способна регулировать его работу. То есть двойная спираль совсем не обязательна. По словам российского ученого, именно красота и элегантность этой модели ДНК столько десятилетий закрывала специалистам глаза на то, что могут существовать и другие механизмы.
Максим Никитин обратил внимание, что в смеси из одноцепочечных и некомплементарных друг другу олигонуклеотидов одновременно возможно возникновение самых разных комплексов и взаимодействий, при которых этом происходит передача информации.
Вот пример из самой простой системы из трех олигонуклеотидов Х, А и В.
«Если А и В не взаимодействуют друг с другом, они все равно могут передать друг другу информацию через посредника — „коммутатор“ Х. Каждому из них достаточно взаимодействовать с Х очень слабо: увеличение концентрации А приведет к росту количества комплексов ХА, что снизит число комплексов ХВ, хотя А никак не взаимодействовало с В напрямую».
Методом компьютерного моделирования ученый показал, что система из 1000 одноцепочечных молекул позволила создать 572-битную ячейку устойчивой обработки информации, что превосходит возможности всех существующих электронных компьютеров.
Автор также доказал, что механизм молекулярной коммутации позволяет лучше управлять экспрессией генов, чем известный ранее, с участием двойной спирали: вместо 1012 вариантов регулирования появляются 10172 возможных вариаций. Это больше, чем элементарных частиц во Вселенной.
На практике открытие означает новые возможности для улучшения генной терапии, разработки более безопасных ДНК/РНК-вакцин — для этого потребуется разработка нового программного обеспечения. Также, по словам экспертов, механизм станет ключом к новым знаниям о генетике, сложных заболеваниях, старении и даже, возможно, к разгадке тайн возникновения жизни и эволюции на Земле.
