Основная задача этого совсем еще молодого направления генной инженерии состоит в проектировании и создании новых, не встречающихся в живой природе биологических систем, а молекулы ДНК являются, как известно, носителями наследственной информации, основой всей жизни на Земле. Поэтому внимание ученых, работающих в области синтетической биологии, приковано к ДНК. Именно на ее основе они конструируют новые гены.
Пока, правда, исследователи заняты, в основном, тем, что придают новые или изменяют имеющиеся функции организмов, давно существующих в природе и развившихся естественным путем, однако в будущем они намерены синтезировать и невиданные прежде искусственные организмы, способные к самостоятельной жизнедеятельности, включая воспроизводство, и обладающие строго определенными, заранее заданными свойствами. В процессе создания таких программируемых организмов наука должна прийти к более глубокому пониманию феномена биологической жизни как таковой: ведь сегодня ученые лишь разбирают живой организм на составные части, а впредь начнут собирать их из атомов и молекул.
Впрочем, уже, можно сказать, начали: в 2010 году знаменитому американскому генетику Крейгу Вентеру и его коллегам удалось создать первую в мире искусственно синтезированную бактерию.
На лондонской конференции большой интерес вызвало сообщение одной группы британских исследователей, которые синтезировали иные носители наследственной информации, отличные от молекул ДНК, хотя и похожие на них, пишет Deutsche Welle.
Собственно, молекула ДНК послужила разработчикам основой. Руководитель группы - Филипп Холлигер, сотрудник Лаборатории синтетической биологии в Кембридже, говорит: "Мы создали несколько аналогов ДНК и назвали их ксено-нуклеиновыми кислотами - от греческого слова "ксенос", то есть чужой, чуждый, инородный. Мы модифицировали, так сказать, остов нормальной молекулы ДНК. Она, как известно, имеет структуру двойной спирали. Если представить себе эту двойную спираль в виде закрученной лестницы, то мы изменили не поперечные перекладины, не соединенные попарно водородными связями азотистые основания, а продольные опоры между ними. Там расположены сахара, которые вместе с фосфатами образуют остов молекулы, связывают нуклеотиды внутри каждой цепи".
Таким образом, все четыре азотистых основания, присущих ДНК - аденин, гуанин, тимин и цитозин, - сохранились неизменными. А вот вместо типичной для ДНК дезоксирибозы британские исследователи встроили в молекулы своих ксено-нуклеиновых кислот другие сахара - в частности, арабинозу и циклогексенил.
С химической точки зрения это было относительно несложно. Но носитель наследственной информации способен выполнять эту свою функцию только в том случае, если он поддается прочтению и копированию. Поскольку же природные ферменты могут выполнять эти операции лишь применительно к молекулам ДНК, Холлигеру и его коллегам пришлось синтезировать и соответствующие искусственные ферменты: "Нам нужен был один фермент, способный считывать молекулу ксено-нуклеиновой кислоты, и другой фермент, способный ее воспроизводить. Такое преобразование должно было работать в обе стороны: от ДНК к ксено-НК и от ксено-НК к ДНК".
Все исследования в сфере синтетической биологии относятся пока к разряду фундаментальных исследований, но некоторые варианты практического применения молекул ксено-нуклеиновых кислот просматриваются уже сейчас. Пусть их производство обходится намного дороже, чем производство ДНК, зато эти альтернативные носители информации гораздо прочнее и, судя по всему, могут сохраняться в неизменном виде тысячелетиями. Ведь в природе просто не существует ферментов, способных их расщепить.
Причем такую прочность эти молекулы демонстрируют не только в стерильной лабораторной посуде, но и в живых организмах, в теле животных и человека, что делает их чрезвычайно интересными для медиков. Филипп Холлигер говорит: "Некоторые из ксено-нуклеиновых кислот настолько чужеродны для организма человека, что они в нем либо вообще не расщепляются, либо расщепляются чрезвычайно медленно. Поэтому любые искусственно синтезированные биологически активные вещества на основе таких кислот могут сохраняться в организме гораздо дольше, чем природные субстанции. Это открывает интересные перспективы в деле создания новых биомолекулярных лекарственных препаратов".