ДНК состоит из азотистых оснований, представленных буквами A, T, G и C. Они составляют основу генетического кода и присутствуют во всех живых существах. Но у бактериофага существует другое основание, обозначаемое буквой Z. Это исключение, единственное наблюдаемое на сегодняшний день, долгое время оставалось загадкой. Ученые из Института Пастера и CNRS в сотрудничестве с CEA выяснили путь биосинтеза этого основания. Эта работа была опубликована в выпуске журнала Science от 30 апреля 2021 года.
ДНК, или дезоксирибонуклеиновая кислота, представляет собой молекулу, которая служит средой для хранения генетической информации во всех живых организмах. Это двойная спираль, характеризующаяся чередованием пуриновых оснований (аденин и гуанин) и пиримидиновых оснований (цитидин и дезоксицитидин). Основания каждой нити ДНК расположены в центре спирали и соединены между собой, тем самым соединяя две нити ДНК: аденин образует две водородные связи с тимином (А-Т), а гуанин образует три водородные связи с цитозином (Г-Ц). Это относится ко всем живым существам, за одним исключением.
Цианофаг S-2L, исключение из традиционной генетики
Цианофаг S-2L - это бактериофаг, то есть вирус, поражающий бактерии. В этом фаге аденин полностью заменен другим основанием, 2-аминоаденином (обозначается буквой Z). Последний образует три водородные связи с тимином (Z-T) вместо обычных двух связей между аденином и тимином. Это большее количество связей увеличивает стабильность ДНК при высоких температурах и изменяет ее конформацию, а это означает, что ДНК хуже распознается белками и малыми молекулами.
Выяснен путь биосинтеза 2-аминоаденина
С момента открытия в 1977 году цианофаг S-2L был единственным известным исключением, и путь биосинтеза 2-аминоаденина оставался неизвестным. Ученые из Института Пастера и CNRS в сотрудничестве с CEA недавно выяснили этот путь биосинтеза и продемонстрировали его ферментативное происхождение. Они достигли этого, идентифицировав гомолог известного фермента сукциноаденилатсинтазы (PurA) в геноме цианофага S-2L. Филогенетический анализ этого семейства ферментов выявил связь между гомологом, известным как PurZ, и ферментом PurA у архей. Это указывает на то, что гомолог является древним ферментом, который, вероятно, дал эволюционное преимущество. Исследование проводилось с использованием кристаллографической платформы Института Пастера.
Новая пара оснований Z-T и открытие пути биосинтеза показывают, что новые основания могут быть ферментативно включены в генетический материал. Это увеличивает количество кодирующих оснований в ДНК, открывая путь для разработки синтетических генетических биополимеров.