Российский ученый открыл новый механизм хранения информации в ДНК

Открытие ученого из МФТИ Максима Никитина кардинально меняет многие представления генетики, основанные на знаменитой двойной спирали. И это может быть ключом к познанию природы самых разнообразных процессов: неразгаданных тайн наследственности, сложных заболеваний, памяти и старения. Даже возникновения жизни на Земле и ее эволюции. Статья об исследовании опубликована в одном из самых престижных научных журналов Nature Chemistry. С ее автором беседует корреспондент РГ.

Максим, вы замахнулись на почти абсолют — двойную спираль ДНК. Она открыта в 50-х годах прошлого века, удостоена Нобелевской премии, признана одним из самых главных достижений за всю историю науки. Около семидесяти лет была иконой генетики. И вдруг у вас зародилось сомнение. Почему?

Максим Никитин: Тут такая история. Девять лет назад я защитил кандидатскую диссертацию. Занимался разработкой умных материалов для медицины. При этом еще со школы интересовался биологией и программированием, и мне всегда хотелось их соединить.

Но уже есть модная молодая наука биоинформатика.

Максим Никитин: Да. Но там уже столько всего сделано, работает так много людей. Поэтому понимал, что мне нереально сделать что-то значимое, не бросая основную работу. Я перебирал разные варианты, где можно применить мои знания в программировании и биологии. И неожиданно заметил одно свойство ДНК, на которое почему-то никто не обращал внимания. Точнее, может, и обращали, однако никак не использовали.

В чем суть? Здесь придется вспомнить ту самую двойную спираль ДНК. Как известно, ее длиннейшие цепочки молекул состоят всего из четырех нуклеотидов, обозначенных буквами А, Г, Т, Ц. Они соединены в самых разных последовательностях. Причем две нити ДНК из этих нуклеотидов сплетаются в двойную спираль по определенному правилу: напротив А одной цепи на другой цепи всегда стоит Т, напротив Г — всегда Ц. Такое строгое соответствие или, как говорят ученые, комплементарность, обеспечивает между ними очень прочные связи, за счет чего двойная спираль очень стабильна. Такая структура ДНК позволяет надежно хранить и обрабатывать генетическую информацию, кодирует в нас все — от склонности к заболеваниям до внешнего вида и даже черт характера.

Так на что новое в ДНК вы обратили внимание?

Максим Никитин: Я заинтересовался короткими ее цепочками, у которых мало общих букв. То есть они слабо комплементарны. Для образности представим «бульон», где плавают вот такие «лохмотья» ДНК. Как поведут две такие цепочки? Если хотя бы небольшое число букв совпадет, они могут слиться, но из-за слабых связей затем развалятся.

Вроде бы, здесь нечего изучать: в отличие от двойной спирали такие комплексы недолговечны и раньше казались бессмысленными. Но я понял, что ДНК имеет уникальную особенность — силу сцепления между короткими цепочками можно очень точно и легко настраивать. В зависимости от того, сколько пар комплементарны между цепями. Причем эту силу можно точно настроить не только попарно, но и между 1000 цепей ДНК.

Когда это понял, то первое, что пришло в голову: почему такое замечательное свойство ДНК никто не использует? Это был момент «эврики». Наверное, мало кому везло обнаружить столь простое, никем неиспользованное свойство молекул. Проанализировав, как себя будут вести такие 1000 молекул, я понял, что за счет математических особенностей законов, описывающих поведение подобных систем, можно хранить и передавать информацию.

На пальцах поясните, как передавать информацию без двойной спирали?

Максим Никитин: Попробую. Например, в «бульоне» появилась цепочка, назовем ее A, с какой-то интересной информацией. И есть какая-то цепочка Г, с которой А ну совсем никогда не должна общаться, они максимально некомплементарны друг другу. Вроде бы передать информацию никак нельзя. И тем не менее это возможно. Как? В «бульоне» может найтись цепочка Б, у которой есть небольшая схожесть с A: они могут слиться, «потусоваться», затем расцепиться. Так вот во время контакта цепей происходит передача информации. Точно такие же контакты в «бульоне» могут быть между другими короткими цепочками — Б поговорит с В, а В уже передаст информацию про знаменитую парочку цепи Г.

То есть двойная спираль — не единственный способ работы с генетической информацией?

Максим Никитин: Совершенно верно. Хранить ее, передавать и управлять работой генов можно не только за счет сильных, но и слабых молекулярных взаимодействий. Причем в статье я не просто показываю существование такого механизма в эксперименте, но и масштабность этого механизма. В частности, он позволяет регулировать работу гена с колоссальным разнообразием — 10[172].

Но как такое возможно? Двойная спираль работает с генетической информацией четко и строго, случайности, конечно, бывают, но это не система. А механизм, о котором вы рассказываете, позволяет огромному числу желающих «порулить» генами. Это вносит хаос в четкую работу двойной спирали. Фактически мешает природе.

Максим Никитин: Здесь надо подчеркнуть такой момент: чтобы доказать существование этого эффекта, я работал с разрушенной клеткой. А теперь, чтобы понять, мешает он природе или же она его активно использует в различных процессах, надо его найти в живой клетке. Но это требует совсем других масштабов исследований.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *