Нове дослідження, опубліковане в науковому журналі Nature Communications, пропонує новаторський підхід до синтезу ДНК, який може кардинально змінити біотехнологічну галузь. Дослідники з Бристольського університету виявили, що певні ферменти здатні створювати ДНК, відхиляючись від заданого шаблону, процес, який називається синтезом ДНК без шаблону, або “малюванням”. Цей феномен, відомий з 1960-х років, досі вважався науковою курйозністю, але тепер вчені припускають, що його можна контролювати для розробки нових послідовностей ДНК.
Традиційно для створення ДНК використовувалися ферменти-полімерази, які працювали за принципом копіювання наявного шаблону, нарощуючи молекулу по одному нуклеотиду. Нове дослідження свідчить про можливість синтезувати ДНК без необхідності початкового зразка, причому довжина таких “намальованих” ниток може сягати вражаючих 85 364 нуклеотидів. Для порівняння, хімічно синтезовані ланцюжки зазвичай обмежуються 200 нуклеотидами, хоча нещодавні дослідження досягли позначки у 1 700 нуклеотидів.
Наразі експерименти проводилися виключно в лабораторних умовах, з використанням специфічних ферментів та ретельно контрольованих умов для спрямування процесу “малювання”. Перенесення цього методу до живих клітин є значним викликом, оскільки біологічні системи прагнуть виправляти будь-які відхилення від норми. Ферменти-полімерази в живих клітинах постійно перевіряють свою роботу, видаляючи будь-які невідповідності або “намальовані” ділянки ДНК майже миттєво, а спеціальні білки додатково обмежують синтез ДНК лише шаблонами. Крім того, існують контрольні точки клітинного циклу, які можуть зупиняти процес, якщо реплікація виглядає аномальною.
Попри потенційні труднощі, наслідки цього відкриття можуть бути надзвичайно значущими для медицини. Процес розробки нових терапевтичних засобів часто вимагає значних витрат часу та ресурсів, оскільки вчені модифікують існуючі послідовності ДНК, методом спроб і помилок визначаючи ефективність. Новий метод дає надію на створення ДНК “з нуля”, без необхідності відштовхуватися від вже відомих послідовностей. Важливо зазначити, що це відкриття не означає можливості миттєвого усунення спадкових захворювань чи створення нових органів шляхом “малювання” ДНК.
Розробка ліків наразі значною мірою покладається на випадковість, вимагаючи тестування тисяч сполук. Якщо вчені зможуть контролювати процес “малювання” ДНК, це може значно прискорити створення нових біологічних терапій. Теоретично, це дозволить більш передбачувано конструювати послідовності ДНК, які можуть бути використані в системах редагування генів, таких як CRISPR, для лікування захворювань, або для створення антитіл, здатних боротися з вірусами, бактеріями та раковими клітинами. Замість розробки загальних ліків, майбутнє може принести персоналізовані терапії, адаптовані до генетичного профілю пацієнта, що дозволить створювати препарати, які відповідають індивідуальному метаболізму та імунній відповіді, зменшуючи ймовірність побічних ефектів.
Однак, найсуттєвіший прогрес може бути досягнутий поза межами людського тіла. Результати дослідження свідчать про можливість фільтрації “фонового шуму”, який створює процес “малювання” ДНК, що може значно підвищити точність діагностичних тестів, усуваючи хибнопозитивні результати. Це, своєю чергою, може зробити раннє виявлення раку та інфекційних захворювань набагато надійнішим, потенційно запобігаючи розвитку хвороби до того, як вона завдасть шкоди. Хоча до широкого впровадження контрольованого “малювання” ДНК ще далеко, це дослідження відкриває нові горизонти в науці про ДНК, подібні до нещодавніх досягнень у створенні штучної ДНК.
