Китайские биохимики из Университета Циньхуа синтезировали стереоизомер фермента, ответственного за репликацию ДНК — ДНК-полимеразу, способную копировать ДНК и достраивать короткие цепочки нуклеотидов, а так же синтезировать РНК на основе матрицы ДНК.

Zixuan Li, Xin Tao, Ting F. Zhu
Хиральность аминокислот (кроме глицина)

Многие молекулы, в том числе и такие важные для всего живого, как РНК и ДНК, хиральны, т. е. могут существовать в двух пространственных формах, являющихся «зеркальным отражением» друг друга — как перчатки (право- и лево-ориентированные стереоизомеры). Если синтез происходит в лаборатории, то его результатом станет смесь лево- и правоориентированных изомеров в равных долях.

Загадка в том, что в живых организмах всегда присутствует только одна из зеркальных форм: аминокислоты (а за ними белки) во всех живых клетках состоят из (условно) левых стереоизомеров, а сахара в нуклеотидах, и следом за ними сами нуклеотиды и состоящие из них ДНК и РНК всегда «правые» (опять же, условно — важна не сама ориентация, а то, что она всегда одинаковая). Идея создания «зеркальной» жизни — зеркального отражения естественной на молекулярном уровне — давно интересует ученых, и недавно был сделан еще один шаг к реализации этой затеи.

«Зазеркальные» фрагменты ДНК были получены давно; теперь ученых интересовала возможность копирования и воспроизведения в мире «зеркальных» молекул. Для этого нужен фермент-полимераза. В самых распространенных вариантах ДНК-полимеразы более 600 аминокислот, а современные методы не позволяют синтезировать такие огромные молекулы с заданной хиральностью. Поэтому исследователи занялись самым коротким из известных ферментов — это полимераза ДНК вируса африканской чумы свиней. Она состоит всего из 174 аминокислот. Получившийся стереоизомер работает также, как его естественный эквивалент, — за 4 часа дополняет праймер из 12 нуклеотидов («кирпичиков» ДНК) до 18 на основе материнской ДНК, а также синтезирует РНК — за 36 часов справляется с участком из 6 нуклеотидов.

Смешанные в одной пробирке, лево- и право-ориентированные фрагменты ДНК и белок-полимераза работали каждый со своим зеркальным подобием, не реагируя на присутствие «отраженных» близнецов, однако зеркальный фермент оказался способен переписывать естественную ДНК на естественную РНК.

В дальнейшем планируется получить стереоизомеры более длинного (и более быстрого) фермента, известного как Dpo4, состоящего из 352 аминокислот.

Фото
Похожа ли зазеркальная жизнь на обычную?

В статье в Nature Chemistry китайские биологи также выразили надежду на то, что построение зеркальной системы, имитирующей работу живых клеток, сможет пролить свет на загадку постоянной хиральности всего живого. Некоторые ученые сомневаются, что воссоздание стереоизомеричной механики биологических процессов может хоть как-то приблизить нас к пониманию того, почему природа устроена так, как устроена. С химической точки зрения стереоизомеры ведут себя абсолютно одинаково; единственная гипотеза, которая у нас есть на сегодняшний день, объясняет существующий порядок субатомными процессами. Если эта гипотеза справедлива, мы все равно не сможем проверить это в лабораторном эксперименте.

Однако у создания зеркальных ДНК, РНК и молекул, способствующих их репликации может быть и более практическое применение: в теории стереоизомеры должны быть неприступны для вирусов и ферментов, имеющих естественную хиральность, и за счет этого могут найти применение в медицине.