Войти
Гликолевая нуклеиновая кислота (слева) является примером ксенонуклеиновой кислоты, поскольку у нее другой каркас, чем ДНК (справа). Ксенонуклеиновые кислоты (XNA ) являются синтетическими аналоги нуклеиновых кислот, которые имеют сахарный остов, отличный от природных нуклеиновых кислот ДНК и РНК. По состоянию на 2011 год было показано, что по крайней мере шесть типов синтетических сахаров образуют основы 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 привело к созданию области, известной как ксенобиология.
. Хотя генетическая информация по-прежнему хранится в четырех канонических парах оснований (в отличие от других аналогов нуклеиновых кислот ), природные ДНК-полимеразы не может прочитать и воспроизвести эту информацию. Таким образом, генетическая информация, хранящаяся в XNA, «невидима» и поэтому бесполезна для естественных организмов на основе ДНК.
Структура ДНК была открыта в 1953 году. Примерно в начале 2000-х исследователи создали ряд экзотических ДНК-подобных структур, XNA. XNA - это синтетический полимер, который может нести ту же информацию, что и ДНК, но с другими молекулярными составляющими. «X» в XNA означает «xeno», что означает «незнакомец» или «чужой», что указывает на разницу в молекулярной структуре по сравнению с ДНК или РНК.
Немногое было сделано с XNA до разработки специальной полимеразы фермент, способный копировать XNA из матрицы ДНК, а также копировать XNA обратно в ДНК. Pinheiro et al. (2012), например, продемонстрировали такую XNA-способную полимеразу, которая работает с последовательностями длиной ~ 100 п.н. Совсем недавно биологам-синтетикам Филиппу Холлигеру и Александру Тейлору из Кембриджского университета удалось создать XNAzymes, XNA-эквивалент рибозима, ферментов, состоящих из ДНК или рибонуклеиновой кислоты. Это демонстрирует, что XNAs 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.
На этом изображении показаны различия в сахарные основы, используемые в XNA, по сравнению с обычными и биологически используемыми ДНК и РНК. Нити ДНК и РНК образуются путем соединения длинных цепочек молекул, называемых нуклеотидами. нуклеотид состоит из трех химических компонентов: фосфата, пятиуглеродной сахарной группы (это может быть либо дезоксирибоза сахар, что дает нам «D» в ДНК - или рибоза сахар - «R» в РНК) и одно из пяти стандартных оснований (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил ).
Молекулы, которые образуют шесть ксенонуклеиновых кислот, почти идентичны молекулам ДНК и РНК, за одним исключением: в XNA нуклеотидах дезоксирибоза и рибоза 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 структурных химических изменений по сравнению с его естественными аналогами. К настоящему времени созданы следующие типы синтетической XNA:
HNA, потенциально может использоваться как лекарственное средство) которые могут распознавать и связываться с указанными последовательностями. Ученым удалось выделить HNA для возможного связывания последовательностей, нацеленных на ВИЧ. Исследования показали, что с помощью циклогексеновой нуклеиновой кислоты CeNA со стереохимией, сходной с D-формой, могут создавать стабильные дуплексы между собой и РНК. Было показано, что CeNA не так стабильны, когда они образуют дуплексы с ДНК.
Изучение XNA не предназначено для того, чтобы дать ученым лучшее понимание биологической эволюции, как это происходило исторически, а скорее для изучения способов, которыми мы можем контролировать и даже перепрограммировать генетический состав биологических организмов, движущихся вперед. XN A продемонстрировал значительный потенциал в решении текущей проблемы генетического загрязнения в генетически модифицированных организмах. В то время как ДНК невероятно эффективна в своей способности хранить генетическую информацию и обеспечивать сложное биологическое разнообразие, ее четырехбуквенный генетический алфавит относительно ограничен. Использование генетического кода из шести XNA вместо четырех естественных нуклеотидных оснований ДНК открывает бесконечные возможности для генетической модификации и расширения химической функциональности.
Развитие различных гипотез и теорий относительно XNAs изменило ключевой фактор в нашей Современное понимание нуклеиновых кислот: они и эволюция не ограничиваются ДНК и РНК, как считалось ранее, а представляют собой просто процессы, которые развились из полимеров, способных хранить информацию. Исследования XNAs 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 от более крупного класса химических предков.
Одна из теорий использования XNA - его внедрение в медицину в качестве средства борьбы с болезнями. Некоторые ферменты и антитела, которые в настоящее время используются для лечения различных заболеваний, слишком быстро расщепляются в желудке или кровотоке. Поскольку XNA является чужеродной и поскольку считается, что люди еще не развили ферменты для их расщепления, XNA могут служить более надежным аналогом методологий лечения на основе ДНК и РНК, которые используются в настоящее время.
Эксперименты с XNA уже позволили заменить и расширить этот генетический алфавит, а XNA показали комплементарность с нуклеотидами ДНК и РНК, предполагая потенциал для их транскрипции и рекомбинации. Один эксперимент, проведенный в Университете Флориды, привел к получению XNA аптамера методом AEGIS-SELEX (искусственно расширенная генетическая информационная система - систематическая эволюция лигандов путем экспоненциального обогащения). с последующим успешным связыванием с линией клеток рака груди. Кроме того, эксперименты на модельной бактерии E. coli продемонстрировали способность XNA служить биологической матрицей для ДНК in vivo.
При продвижении генетических исследований XNAs необходимо учитывать различные вопросы, касающиеся биобезопасности, биобезопасность, этика и управление / регулирование. Один из ключевых вопросов здесь заключается в том, будет ли XNA в условиях in vivo смешиваться с ДНК и РНК в своей естественной среде, что лишает ученых возможности контролировать или прогнозировать ее влияние на генетическую мутацию.
XNA также имеет потенциальное применение для могут использоваться в качестве катализаторов, так же как РНК может использоваться в качестве фермента. Исследователи показали, что XNA способна 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, появилась ли роль ДНК и РНК в жизни в результате процессов естественного отбора или это было просто случайным явлением.
