Российский учёный сделал уникальное открытие в области изучения ДНК
Ученый Научно-технологического университета "Сириус" и Московского физико-технического института Максим Никитин открыл новый фундаментальный механизм хранения информации в ДНК. Результаты его исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry.
В середине XX века ученые Д. Уотсон и Ф. Крик сделали гениальное открытие: молекула ДНК имеет две спирально закрученные цепи, которые связаны парами оснований аденин-тимин или гуанин-цитозин. Считалось, что ДНК хранит и обрабатывает информацию за счет структуры двойной спирали - однозначно соответствующих друг другу (комплементарных) молекулярных цепей. Этот закон показывал возможность восстановления одной цепи за счет другой и объяснял сущность процессов передачи наследственной информации на молекулярном уровне. Привычная сейчас двойная спираль была настолько понятна, что следующие 70 лет ученые придерживались именно этого принципа.
Максим Никитин экспериментально доказал, что ДНК может хранить и передавать информацию за счет слабоаффинных взаимодействий, которые реализуются, если молекулы имеют низкое "сродство" друг к другу. Также он показал, что короткая ДНК может регулировать работу гена, даже если не комплементарна ему. Описанное явление автор назвал "молекулярной коммутацией". Открытие Максима Никитина позволяет экспериментально доказать факт, который не укладывается в парадигму современной биологии: любая неструктурированная одноцепочечная ДНК может специфично регулировать экспрессию заданного гена безотносительно их комплементарности. Все зависит от наличия в организме других некомплементарных олигонуклеотидов. Кроме того, автор показал, что новое явление позволяет лучше управлять экспрессией генов.
"Я обратил внимание на необычное свойство ДНК, которое ровно 70 лет оставалось незамеченным - в тени красоты двойной спирали. А именно на то, что для любой одноцепочечной ДНК (оцДНК) существует великое множество других оцДНК с практически любой наперед заданной аффинностью - свойство, которое я назвал континуумом аффинностей ДНК, - рассказывает Максим Никитин. - Например, возьмем олигонуклеотид из десяти оснований. Тогда полностью комплементарный ему олигонуклеотид будет иметь максимальную силу сродства - аффинность. Если же начать постепенно заменять во втором олигонуклеотиде азотистые основания на произвольные, то их аффинность первому будет падать. При этом, перебирая все варианты оцДНК из десяти букв, для каждой аффинности мы получим множество вариантов, то есть плотный "континуум аффинностей"".
Открытие российского ученого стало прорывным в мире науки. Предполагается, что фундаментальный феномен позволит ученым познать природу самых разнообразных биологических процессов, включая генез человеческих заболеваний, вопросов генетики, возникновения жизни на Земле и ее эволюции. Также открытие Максима Никитина может улучшить специфичность генной терапии и безопасность ДНК/РНК-вакцин.
Nikitin, M.P. Non-complementary strand commutation as a fundamental alternative for information processing by DNA and gene regulation. Nat. Chem. 15, 70–82 (2023). https://doi.org/10.1038/s41557-022-01111-y