Русская Википедия:Ксенонуклеиновая кислота

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Файл:GNA-T vs. natural DNA-T.png
Гликолевая нуклеиновая кислота (слева) является примером ксенонуклеиновой кислоты, потому что её скелет отличается от ДНК (справа) .

Ксенонуклеиновые кислоты (Шаблон:Lang-en, XNA) представляют собой синтетические аналоги нуклеиновых кислот, которые имеют сахарный остов, отличный от природных нуклеиновых кислот ДНК и РНК[1]. По состоянию на 2011 год было показано, что по крайней мере шесть типов синтетических сахаров образуют скелеты нуклеиновых кислот, которые могут хранить и извлекать генетическую информацию. В настоящее время проводятся исследования по созданию синтетических полимераз для трансформации XNA. Изучение его производства и применения создало область, известную как ксенобиология.

Хотя генетическая информация по-прежнему хранится в четырёх канонических парах оснований (в отличие от других аналогов нуклеиновых кислот), природные ДНК-полимеразы не могут считывать и дублировать эту информацию. Таким образом, генетическая информация, хранящаяся в XNA, «невидима» и поэтому бесполезна для естественных организмов на основе ДНК[2].

Введение

Структура ДНК была открыта в 1953 году. Примерно в начале 2000-х исследователи создали ряд экзотических ДНК-подобных структур, XNA. XNA представляет собой синтетический полимер, который может нести ту же информацию, что и ДНК, но с другими молекулярными составляющими. «X» в XNA означает «xeno», что означает «чужой» или «инопланетянин», что указывает на различие в молекулярной структуре по сравнению с ДНК или РНК[3].

Не так много было сделано с XNA до тех пор, пока не был разработан специальный фермент полимераза, способный копировать XNA с матрицы ДНК, а также копировать XNA обратно в ДНК[4]. Пинейро и др. (2012), например, продемонстрировали такую XNA-способную полимеразу, которая работает с последовательностями длиной ~100 п.н.[5] Совсем недавно биологам-синтетикам Филиппу Холлигеру и Александру Тейлору удалось создать XNA-зимы, XNA-эквивалент рибозима, ферменты, состоящие из ДНК или рибонуклеиновой кислоты. Это демонстрирует, что XNA не только хранят наследственную информацию, но также могут служить ферментами, повышая вероятность того, что жизнь в другом месте могла начаться с чего-то другого, кроме РНК или ДНК[6].

Структура

Файл:Sugars of DNA and XNA.jpeg
На этом изображении показаны различия в сахарных остовах, используемых в XNA, по сравнению с обычными и биологически используемыми ДНК и РНК.

Нити ДНК и РНК образуются путем связывания вместе длинных цепочек молекул, называемых нуклеотидами. Нуклеотид состоит из трех химических компонентов: фосфата, пятиуглеродной сахарной группы (это может быть либо сахар дезоксирибозы — что дает нам букву «Д» в ДНК, либо сахар рибозы — буква «Р» в РНК). и одно из пяти стандартных оснований (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил).

Молекулы, которые соединяются вместе, образуя шесть ксенонуклеиновых кислот, почти идентичны молекулам ДНК и РНК, за одним исключением: в нуклеотидах XNA дезоксирибозные и рибозные сахарные группы ДНК и РНК были заменены другими химическими структурами. Эти замены делают XNA функционально и структурно аналогичными ДНК и РНК, несмотря на то, что они неестественны и искусственны.

XNA демонстрирует множество структурно-химических изменений по сравнению с его природными аналогами. Типы синтетических XNA, созданных на данный момент, включают:[7]

HNA может потенциально действовать как лекарство, которое может распознавать и связываться с определёнными последовательностями. Ученым удалось выделить HNA для возможного связывания последовательностей, нацеленных на ВИЧ[8]. Исследования показали, что с циклогексеновой нуклеиновой кислотой CeNA со стереохимией, подобной форме D, могут создавать стабильные дуплексы с собой и РНК. Было показано, что CeNA не столь стабильны, когда они образуют дуплексы с ДНК[9].

Значение

Изучение XNA не предназначено для того, чтобы дать ученым лучшее понимание биологической эволюции в том виде, в каком она происходила исторически, а скорее для изучения способов, с помощью которых мы можем контролировать и даже перепрограммировать генетический состав биологических организмов в будущем. XNA продемонстрировал значительный потенциал в решении актуальной проблемы генетического загрязнения генетически модифицированных организмов[10]. Хотя ДНК невероятно эффективна в своей способности хранить генетическую информацию и обеспечивать сложное биологическое разнообразие, её четырёхбуквенный генетический алфавит относительно ограничен. Использование генетического кода из шести XNA вместо четырёх встречающихся в природе нуклеотидных оснований ДНК дает бесконечные возможности для генетической модификации и расширения химической функциональности[11].

Развитие различных гипотез и теорий о XNA изменило ключевой фактор в нашем нынешнем понимании нуклеиновых кислот: наследственность и эволюция не ограничиваются ДНК и РНК, как когда-то считалось, а представляют собой просто процессы, которые развились из полимеров, способных хранить информацию[12]. Исследования XNA позволят исследователям оценить, являются ли ДНК и РНК наиболее эффективными и желательными строительными блоками жизни, или эти две молекулы были выбраны случайным образом после эволюции из более широкого класса химических предков[13].

Применение

Одной из теорий использования XNA является его включение в медицину в качестве средства для борьбы с болезнями. Некоторые ферменты и антитела, которые в настоящее время вводят для лечения различных заболеваний, слишком быстро расщепляются в желудке или кровотоке. Поскольку XNA является чужеродным и считается, что люди ещё не выработали ферменты для их расщепления, XNA могут служить более надежным аналогом методов лечения на основе ДНК и РНК, которые используются в настоящее время[14].

Эксперименты с XNA уже позволили заменить и расширить этот генетический алфавит, а XNA продемонстрировали комплементарность нуклеотидам ДНК и РНК, предполагая возможность его транскрипции и рекомбинации. Один эксперимент, проведенный в Университете Флориды, привел к получению аптамера XNA методом AEGIS-SELEX (искусственно расширенная генетическая информационная система — систематическая эволюция лигандов путем экспоненциального обогащения) с последующим успешным связыванием с линией клеток рака молочной железы[15]. Кроме того, эксперименты на модельной бактерии E. coli продемонстрировали способность XNA служить биологической матрицей для ДНК in vivo[16].

Продвигаясь вперед в генетических исследованиях XNA, необходимо учитывать различные вопросы, касающиеся биобезопасности, биозащиты, этики и управления/регулирования[7]. Один из ключевых вопросов здесь заключается в том, будет ли XNA в условиях in vivo смешиваться с ДНК и РНК в своей естественной среде, тем самым лишая ученых возможности контролировать или предсказывать её последствия в генетической мутации[17].

XNA также имеет потенциальное применение в качестве катализатора, подобно тому, как РНК можно использовать в качестве фермента. Исследователи показали, что XNA способен расщеплять и лигировать ДНК, РНК и другие последовательности XNA, при этом наибольшая активность проявляется в реакциях, катализируемых XNA, на молекулах XNA. Это исследование может быть использовано для определения того, возникла ли роль ДНК и РНК в жизни в результате процессов естественного отбора или это было просто совпадение[18].

XNA можно использовать в качестве молекулярных зажимов в количественных полимеразных цепных реакциях в реальном времени (qPCR) путем гибридизации с целевыми последовательностями ДНК[19]. В исследовании, опубликованном в PLOS ONE, анализ XNA-опосредованного молекулярного зажима выявил мутантную бесклеточную ДНК (cfDNA) предраковых поражений колоректального рака (CRC) и колоректального рака[19]. XNA может также действовать как высокоспецифичный молекулярный зонд для обнаружения целевой последовательности нуклеиновой кислоты[20].

См. также

Использованная литература

Шаблон:ПримечанияШаблон:Нуклеиновые кислоты

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ Шаблон:Cite book
  2. ↑ Шаблон:Cite journal
  3. ↑ Шаблон:Cite web
  4. ↑ Шаблон:Cite webGonzales R (19 April 2012). «XNA Is Synthetic DNA That’s Stronger than the Real Thing» Шаблон:Wayback. Io9. Retrieved 15 October 2015.
  5. ↑ Шаблон:Cite journal
  6. ↑ Шаблон:Cite web
  7. ↑ 7,0 7,1 Шаблон:Cite journalSchmidt M (April 2010). «Xenobiology: a new form of life as the ultimate biosafety tool». BioEssays. 32 (4): 322—331. doi:10.1002/bies.200900147. PMC 2909387. PMID 20217844.
  8. ↑ Шаблон:Cite web
  9. ↑ Шаблон:Cite journal
  10. ↑ Шаблон:Cite journal
  11. ↑ Шаблон:Cite journal
  12. ↑ Шаблон:Cite journalPinheiro VB, Taylor AI, Cozens C, Abramov M, Renders M, Zhang S, et al. (April 2012). «Synthetic genetic polymers capable of heredity and evolution». Science. 336 (6079): 341—344. Bibcode: 2012Sci…336..341P Шаблон:Wayback. doi:10.1126/science.1217622. PMC 3362463. PMID 22517858.
  13. ↑ Шаблон:Cite journal
  14. ↑ Шаблон:Cite web
  15. ↑ Шаблон:Cite journal
  16. ↑ Шаблон:Cite journal
  17. ↑ Шаблон:Cite web«XNA: Synthetic DNA That Can Evolve» Шаблон:Wayback. Popular Mechanics. 19 April 2012. Retrieved 17 November 2015.
  18. ↑ Шаблон:Cite journal
  19. ↑ 19,0 19,1 Шаблон:Cite journal
  20. ↑ Шаблон:Cite journal
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Ксенонуклеиновая_кислота&oldid=10206436