Ученые из Бристольского университета установили, что ДНК можно создавать «с нуля» без использования шаблона — и этот процесс поддается управлению. Работа опубликована в Nature Communications (NatCom).
В норме ДНК-полимеразы — ферменты, которые «строят» новые цепи ДНК — копируют уже существующую генетическую цепь. Однако в новом исследовании выяснилось, что они способны самостоятельно синтезировать длинные участки ДНК без «образца». Причем получающиеся последовательности оказались не случайными, а структурированными — с повторяющимися узорами.
Анализ показал, что характер этих узоров зависит от условий реакции и типа фермента. Изменяя температуру или набор доступных «строительных блоков» ДНК, ученые могли направленно влиять на формирование последовательностей. Например, при ограничении числа компонентов ферменты создавали длинные, строго повторяющиеся участки длиной более тысячи единиц.
В отличие от традиционных методов синтеза, где длина ДНК ограничена из-за накопления ошибок, новый подход позволил получать цепочки длиной в десятки тысяч единиц за один цикл. Это может существенно расширить возможности генной инженерии и синтетической биологии.
Чтобы изучить структуру таких молекул, исследователи использовали методы прямого считывания ДНК и анализа их физической формы. Это позволило проследить, как именно формируются длинные цепи и какие закономерности лежат в основе процесса.
Авторы отмечают, что ранее подобный эффект считался редким и случайным. Однако теперь стало ясно, что синтез ДНК без матрицы подчиняется определенным правилам и может быть контролируемым.
По мнению ученых, это открытие меняет представление о возможностях работы с генетическим материалом и может в будущем использоваться для создания новых генов и управления клеточными процессами.
Ранее ученые впервые выявили «супергены» ДНК, ускоряющие эволюцию.