Журнал ACS Synthetic Biology публикует результаты исследования ученых Токийского университета во главе с профессором Норикадзу Ичихаши, которым удалось запустить процесс экспрессии генов, а также внеклеточную репликацию в ДНК, созданной в бесклеточной системе из нуклеиновых кислот и белков.
Пока людям не удавалось создать искусственные материалы, способные к размножению. Для того, чтобы способная размножаться искусственная молекулярная система заработала, закодированная в ДНК генетическая информация должна быть переведена в РНК, запущена экспрессия белков. Также цикл репликации ДНК с этими белками должен поддерживаться в системе на протяжение длительного времени.
Главная сложность в том, что гены, которые необходимы для репликации ДНК, одновременно должны выполнять свои функции экспрессии.
Ученые , решая эту проблему, вместо сложного механизма репликации ДНК, который используется живыми организмами и требует большого количества генов, создали искусственную систему репликации всего с двумя генами: фермента репликации ДНК Phi29 и Cre-рекомбиназы. Два белка при низких концентрациях смогли хорошо функционировать и экспрессироваться в достаточных количествах даже в существующих бесклеточных системах трансляции, решили ученые.
Им удалось создать такую бесклеточную систему транскрипции-трансляции, в которой транслировались гены в белки и реплицировалась исходная кольцевая ДНК с помощью кольцевой ДНК, несущей два гена, нужных для репликации. Биологи улучшили исходную ДНК: они увеличили эффективность ее репликации в десять раз. Запущенный учеными цикл репликации ДНК продолжался в течение 60 дней.
По словам исследователей, при добавлении генов, необходимых для транскрипции и трансляции, к разработанной ими ДНК, можно создавать искусственные клетки, растущие автономно, питающиеся низкомолекулярными соединениями - аминокислотами и нуклеотидами.
Эти клетки ученые надеются использовать в будущем для создания лекарств и продуктов питания. Если живые микроорганизмы, используемые для этих целей, заменить на искусственные программируемые клетки, процессы станут более стабильными и управляемыми, считают авторы.