Enzyme không thể phân biệt DNA nhân tạo với DNA thật
Các nhà nghiên cứu đã tiến một bước gần hơn đến việc giải phóng tiềm năng của DNA tổng hợp có thể giúp các nhà khoa học phát triển các loại protein chưa từng thấy trong phòng thí nghiệm
Bảng chữ cái di truyền chỉ chứa bốn chữ cái, đề cập đến bốn nucleotide, các khối xây dựng sinh hóa bao gồm tất cả DNA. Các nhà khoa học từ lâu đã tự hỏi liệu có thể thêm nhiều chữ cái vào bảng chữ cái này bằng cách tạo ra các nucleotide hoàn toàn mới trong phòng thí nghiệm hay không, nhưng tiện ích của sự đổi mới này phụ thuộc vào việc tế bào có thực sự nhận biết và sử dụng các nucleotide nhân tạo để tạo ra protein hay không. .
Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Trường Dược và Khoa học Dược phẩm Skagss thuộc Đại học California San Diego đã tiến một bước gần hơn đến việc giải phóng tiềm năng của DNA nhân tạo.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng RNA polymerase, một trong những enzyme quan trọng nhất liên quan đến tổng hợp protein, có thể nhận biết và phiên mã một cặp bazơ nhân tạo theo cách giống hệt như với các cặp bazơ tự nhiên.
Những phát hiện được công bố ngày 12 tháng 12 năm 2023 trên Nature Communications, có thể giúp các nhà khoa học tạo ra các loại thuốc mới bằng cách thiết kế các protein tùy chỉnh.
"Xem xét mức độ đa dạng của cuộc sống trên Trái đất chỉ với bốn nucleotide, khả năng xảy ra những gì có thể xảy ra nếu chúng ta có thể bổ sung thêm nhiều hơn nữa là rất hấp dẫn" tác giả cấp cao Dong Wang, Tiến sĩ, giáo sư tại Trường Dược và Khoa học Dược phẩm Skagss tại UC San Diego cho biết.
"Mở rộng mã di truyền có thể làm đa dạng hóa đáng kể phạm vi phân tử mà chúng ta có thể tổng hợp trong phòng thí nghiệm và cách mạng hóa cách chúng ta tiếp cận các protein thiết kế như phương pháp trị liệu."
Wang đồng chủ trì nghiên cứu với Steven A. Benner, Tiến sĩ, tại Tổ chức Tiến hóa Phân tử Ứng dụng, và Dmitry Lyumkis, Tiến sĩ, tại Viện Nghiên cứu Sinh học Salk.
Bốn nucleotide tạo nên DNA được gọi là adenine (A), thymine (T), guanine (G) và cytosine (C). Trong một phân tử DNA, các nucleotide tạo thành các cặp bazơ có hình dạng phân tử độc đáo gọi là hình học Watson và Crick, được đặt theo tên của các nhà khoa học đã phát hiện ra cấu trúc xoắn kép của DNA vào năm 1953.
Các cặp Watson và Crick này luôn hình thành theo cùng cấu hình: A-T và C-G. Cấu trúc xoắn kép của DNA được hình thành khi nhiều cặp base Watson và Crick kết hợp với nhau.
"Đây là một hệ thống mã hóa thông tin sinh học có hiệu quả rõ rệt, đó là lý do tại sao những lỗi nghiêm trọng trong quá trình phiên mã và dịch thuật là tương đối hiếm xảy ra" Vương nói.
"Như chúng ta đã biết, chúng ta có thể khai thác hệ thống này bằng cách sử dụng các cặp bazơ tổng hợp có cùng hình dạng."
Nghiên cứu sử dụng một phiên bản mới của bảng chữ cái di truyền tiêu chuẩn, được gọi là Hệ thống thông tin di truyền mở rộng nhân tạo (AEGIS), kết hợp hai cặp bazơ mới.
Được phát triển ban đầu bởi Benner, AEGIS bắt đầu như một sáng kiến được NASA hỗ trợ nhằm cố gắng tìm hiểu sự sống ngoài Trái đất có thể phát triển như thế nào.
Bằng cách phân lập enzyme RNA polymerase khỏi vi khuẩn và kiểm tra sự tương tác của chúng với các cặp bazơ tổng hợp, họ phát hiện ra rằng các cặp bazơ tổng hợp từ AEGIS tạo thành cấu trúc hình học giống với hình học Watson và Crick của các cặp bazơ tự nhiên.
Kết quả: các enzyme phiên mã DNA không thể phân biệt được sự khác biệt giữa các cặp bazơ tổng hợp này và các cặp bazơ có trong tự nhiên.
"Trong sinh học, cấu trúc quyết định chức năng" Vương nói. "Bằng cách tuân theo cấu trúc tương tự như các cặp bazơ tiêu chuẩn, các cặp bazơ tổng hợp của chúng tôi có thể lọt vào tầm radar và được kết hợp vào quá trình phiên mã thông thường."
Ngoài việc mở rộng khả năng của sinh học tổng hợp, những phát hiện này còn ủng hộ một giả thuyết bắt nguồn từ khám phá ban đầu của Watson và Crick.
Giả thuyết này, được gọi là giả thuyết tautome, cho biết bốn nucleotide tiêu chuẩn có thể tạo thành các cặp không khớp do quá trình tautome hóa hoặc xu hướng các nucleotide dao động giữa một số biến thể cấu trúc có cùng thành phần.
Hiện tượng này được cho là một nguồn gây đột biến điểm hoặc đột biến gen chỉ tác động đến một cặp bazơ trong chuỗi DNA.
"Tautomerization cho phép các nucleotide kết hợp với nhau thành từng cặp khi chúng thường không được yêu cầu như vậy" Vương nói.
"Quá trình tautome hóa các cặp sai đã được quan sát thấy trong quá trình sao chép và dịch mã, nhưng ở đây chúng tôi cung cấp bằng chứng cấu trúc trực tiếp đầu tiên cho thấy quá trình tautome hóa cũng xảy ra trong quá trình phiên mã."
Tiếp theo, các nhà nghiên cứu quan tâm đến việc kiểm tra xem hiệu ứng mà họ quan sát được ở đây có nhất quán trong các sự kết hợp khác của các cặp bazơ tổng hợp và enzym tế bào hay không.
"Chúng tôi rất vui mừng được tập hợp một nhóm cộng tác đa ngành với Steve và Dmitry để cho phép chúng tôi giải quyết cơ sở phân tử của phiên mã trên bảng chữ cái mở rộng," Vương nói.
"Có thể có nhiều khả năng khác cho những bức thư mới ngoài những gì chúng tôi đã thử nghiệm ở đây, nhưng chúng tôi cần phải làm nhiều việc hơn để tìm hiểu xem chúng tôi có thể tiến được bao xa."
Nguồn Đại học California - San Diego.
- Giấc ngủ rất không đều liên quan đến nguy cơ mắc chứng mất trí nhớ cao hơn(22/12/2023)
- Ánh sáng xanh có khả năng thúc đẩy hoặc cản trở giấc ngủ theo điều khiển(21/12/2023)
- Cộng đồng vi khuẩn đường ruột đa dạng bảo vệ chống lại mầm bệnh có hại(18/12/2023)
- Tiết lộ sự tương đồng giữa thiếu hụt vitamin B12 và bệnh đa xơ cứng(16/12/2023)
- Nghiên cứu đột phá cung cấp manh mối sớm cho sự phát triển ung thư dạ dày(15/12/2023)
- Nghiên cứu tế bào gốc cho thấy bệnh u nang ở trẻ sơ sinh gây suy thận như thế nào (14/12/2023)
Các bài khác
- Thuốc PERUZI trong điều trị các bệnh tim mạch(18/10/2023)
- Lambertu - Pyridostigmin 60 mg - Thuốc thiết yếu trong điều trị bệnh nhược cơ (myasthenia gravis)(11/10/2023)
- Một phương pháp điều trị đầy hứa hẹn cho tình trạng suy nhược do ung thư(8/10/2023)
- Điều trị bệnh tiểu đường thai kỳ an toàn và hiệu quả(5/10/2023)
- Sử dụng corticoid an toàn và hiệu quả(29/9/2023)
- FDA chấp thuận Vắc xin phòng bệnh than Cyfendus(15/9/2023)
- Thuốc Zurzuvae điều trị bệnh trầm cảm sau sinh đầu tiên được FDA chấp nhận(9/9/2023)
- Vắc xin Beyfortus phòng bệnh đường hô hấp dưới RSV ở trẻ sơ sinh(25/8/2023)
- Thuốc nhỏ mắt Xdemvy để điều trị viêm bờ mi do Demodex(22/8/2023)
- Vitamin K bảo vệ chống lại bệnh tiểu đường(5/7/2023)