Ученые выяснили, как фермент распознает восьмибуквенный генетический код

Все известные формы жизни используют один и тот же генетический алфавит из четырех букв. Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего удвоили этот набор и показали, что ключевой клеточный фермент способен читать искусственную ДНК из восьми элементов.

Речь идет о хатимодзи-ДНК — синтетической системе, название которой переводится с японского как «восемь букв». К четырем природным основаниям исследователи добавили четыре созданных в лаборатории. Они образуют еще две пары и позволяют записывать в молекуле значительно больше информации.

Но расширить алфавит недостаточно. Чтобы искусственный код оказался полезным, его должна распознавать молекулярная машина, с помощью которой клетка считывает ДНК. Поэтому ученые сосредоточились на РНК-полимеразе кишечной палочки.

Этот фермент перемещается вдоль цепочки ДНК и создает на ее основе молекулу РНК. Так начинается реализация генетической инструкции: информация из хранилища переводится в форму, которую клетка может использовать для производства белков и выполнения других задач.

Биохимические эксперименты показали, что бактериальная РНК-полимераза правильно распознает две искусственные пары оснований и переносит записанную ими информацию в РНК. Таким образом, природный фермент смог обработать генетические буквы, которых не существует ни у одного известного организма.

Чтобы понять механизм, исследователи применили криоэлектронную микроскопию. Метод позволил получить изображения РНК-полимеразы во время взаимодействия с синтетической ДНК. Ученые увидели, что фермент проверяет искусственные основания почти по тем же структурным и химическим признакам, которые использует при работе с обычным генетическим кодом.

Отдельная работа той же группы дала еще более неожиданный результат. Полимераза распознала искусственную пару, не имевшую водородных связей. В природной ДНК именно такие связи помогают соединять парные основания. Эксперимент показал, что для считывания информации ферменту достаточно других характеристик молекулы, включая ее форму и расположение внутри активного центра.

Открытие расширяет возможности синтетической биологии. Увеличенный алфавит позволяет создавать больше генетических комбинаций и теоретически кодировать молекулы с неприродными свойствами. На его основе могут появиться новые диагностические системы, лекарственные соединения и биологические устройства, запрограммированные на выполнение конкретных функций.

Ранее расширенные варианты ДНК уже использовали для создания молекул, способных распознавать клетки рака печени. Новые исследования объяснили, как существующий клеточный механизм работает с таким кодом на структурном уровне.

При этом ученые не создавали новую форму жизни и не переписывали геном самостоятельного организма. Эксперименты подтвердили лишь один необходимый этап: природная РНК-полимераза может считывать и копировать искусственные генетические знаки.

Основная работа опубликована 2 сентября 2026 года в Nature Communications. Связанное исследование вышло 12 августа в Proceedings of the National Academy of Sciences. Обоими проектами руководил профессор Дун Ван из Школы фармацевтических наук Калифорнийского университета в Сан-Диего. 

Читайте также:  Ученые выяснили, как рыбы меняют поведение при плохой видимости