Синтетическая эволюция: Пусть работает ДНК
Группа исследователей под руководством Дэвида Лю, профессора Гарвардского университета, разработала новый метод создания синтетических полимеров, способных выступать в качестве катализаторов в химических реакциях или обладающих повышенным терапевтическим эффектом.
«Определение полимеров довольно расплывчато, — говорит Лю, — но в биологии самыми распространенными полимерами можно считать крупные молекулы белков, ДНК и РНК. Биологические полимеры могут обладать замечательными свойствами, тогда как наши возможности создания синтетических полимеров с заданными характеристиками весьма ограничены — отчасти потому, что мы не можем заставить их эволюционировать. Но мы приступили к решению этой проблемы».
Ранее ученым удавалось получить синтетические полимерные материалы, используя генетическое кодирование. При этом новые молекулы точно копировали генетический шаблон, используемый для их создания.
Команда Лю пошла по другому пути: вместо того, чтобы позволить «строительным блокам», из которых складывается полимер, взаимодействовать с ДНК напрямую, они использовали «молекулу-адаптер». Адаптеры, каждый из которых несет на себе часть будущего полимера, связываются с ДНК-шаблоном, а на заключительном этапе, когда полимер уже сформирован, «срезаются». Данная стратегия, по словам Лю, списана с природного процесса синтеза белков, в ходе которого «нагруженные» аминокслотами молекулы тРНК связываются с нитями мРНК, а сами аминокислоты объединяются в белок.
Теоретически, такая методика может позволить синтетическим полимерам «эволюционировать», приобретая уникальные свойства, которые невозможно спроектировать и получить в лаборатории, используя описанный ранее подход.
В качестве примера Лю ставит задачу получения синтетической молекулы, влияющей на экспрессию определенного гена в присутствии белков, связанных с раком, или при повышенном уровне глюкозы. Можно начать с обзора современных исследований на эту тему, а затем попытаться предположить, как могла бы выглядеть молекула с заданными свойствами.
Но для решения столь сложной задачи предположений (даже основанных на глубоких знаниях биохимии) может оказаться недостаточно. Тогда как эволюция вполне может достичь этой амбициозной цели, считает Лю.
«Природе могут потребоваться миллионы поколений для экспериментов, проводимых почти вслепую, — говорит профессор, — но наиболее успешные стратегии каждого предыдущего поколения передаются последующему. Эволюция — процесс итерационный, поэтому даже крошечные успехи одного поколения накапливаются и могут привести к значительному результату в будущем».
Дальнейшая работа ученых будет направлена на получение синтетических полимеров, которые смогут складываться в заданную трехмерную форму, будут обладать интересными для биологов и биохимиков свойствами и послужат катализаторами реакций.
Помимо потенциального сокращения затрат на производство множества соединений, включая медицинские препараты, новая стратегия синтеза может пролить свет на вопросы о природе живых систем, на которые трудно ответить на данном этапе развития науки. Но заставив синтетические полимеры выполнять те же задачи, что и биологические, можно будет выполнить множество исследований, чтобы найти ответы.
По сообщению Harvard Gazette