Jump to content

Ксенонуклеиновая кислота

(Перенаправлено с Ксенонуклеиновой кислоты )

Гликолевая нуклеиновая кислота (слева) является примером ксенонуклеиновой кислоты, поскольку ее основа отличается от ДНК (справа) .

Ксенонуклеиновые кислоты ( XNA ) представляют собой синтетические аналоги нуклеиновых кислот , которые имеют остов, отличный от рибозы и дезоксирибозы, обнаруженных в нуклеиновых кислотах встречающихся в природе РНК и ДНК . [ 1 ]

Одни и те же азотистые основания могут использоваться для хранения генетической информации и взаимодействия с ДНК, РНК или другими основаниями XNA, но разный остов придает структуре разную стабильность, и она не может обрабатываться естественными клеточными процессами. Например, природные ДНК-полимеразы не могут читать и дублировать эту информацию, поэтому генетическая информация, хранящаяся в XNA, невидима для организмов на основе ДНК. [ 2 ]

По состоянию на 2011 год Было показано, что по крайней мере шесть типов синтетических сахаров образуют скелеты нуклеиновых кислот, которые могут хранить и извлекать генетическую информацию. Сейчас проводятся исследования по созданию синтетических полимераз для преобразования XNA. Изучение его производства и применения создало область, известную как ксенобиология . [ нужна ссылка ]

Структура ДНК была открыта в 1953 году. Примерно в начале 2000-х годов исследователи создали ряд экзотических ДНК-подобных структур — XNA. Это синтетические полимеры, которые могут нести ту же информацию, что и ДНК, но с другими молекулярными составляющими. «X» в XNA означает «ксено-», что означает «странный» или «чужой», что указывает на разницу в молекулярной структуре по сравнению с ДНК или РНК. [ 3 ]

С XNA было сделано немногое до тех пор, пока не был разработан специальный фермент -полимераза , способный копировать XNA с матрицы ДНК, а также копировать XNA обратно в ДНК. [ 3 ] Пиньейру и др. (2012), например, продемонстрировали такую ​​XNA-совместимую полимеразу, которая работает с последовательностями около 100 пар оснований . длиной [ 4 ] Совсем недавно биологам-синтетикам Филиппу Холлигеру и Александру Тейлору удалось создать XNAzymes, XNA-эквивалент рибозима , ферментов, состоящих из РНК. Это демонстрирует, что XNA не только хранят наследственную информацию, но также могут служить ферментами, что повышает вероятность того, что жизнь в другом месте могла начаться с чего-то другого, чем РНК или ДНК. [ 5 ]

Структура

[ редактировать ]

Нити ДНК и РНК образуются путем соединения длинных цепочек молекул, называемых нуклеотидами . Нуклеотид состоит из трех химических компонентов: фосфата , пятиуглеродной группы сахара (это может быть либо сахар дезоксирибозы , который дает нам букву «D» в ДНК, либо сахар рибозы — буква «R» в РНК). и одно из пяти стандартных оснований ( аденин , гуанин , цитозин , тимин или урацил ).

образуя ксенонуклеиновые кислоты, почти идентичны молекулам ДНК и РНК, за одним исключением: в нуклеотидах XNA дезоксирибоза Молекулы, которые соединяются вместе , и рибозные сахарные группы ДНК и РНК заменены другими химическими структурами. Эти замены делают XNA функционально и структурно аналогичными ДНК и РНК, несмотря на то, что они неестественны и искусственны.

XNA демонстрирует множество структурных химических изменений по сравнению со своими природными аналогами. Типы синтетических XNA, созданных на данный момент, включают: [ 2 ]

HNA потенциально может использоваться в качестве препарата, способного распознавать определенные последовательности и связываться с ними. Ученым удалось выделить HNA для возможного связывания последовательностей, нацеленных на ВИЧ. [ 6 ] Исследования также показали, что CeNA со стереохимией, подобной форме D, [ нужны разъяснения ] [ правая форма чего? ] может создавать стабильные дуплексы с собой и РНК. Было показано, что CeNA не так стабильны, когда образуют дуплексы с ДНК. [ 7 ]

Подразумеваемое

[ редактировать ]

Исследование XNA не предназначено для того, чтобы дать ученым лучшее понимание биологической эволюции в том виде, в каком она происходила исторически, а скорее для изучения способов, с помощью которых мы могли бы контролировать и даже перепрограммировать генетический состав биологических организмов в будущем. XNA продемонстрировала значительный потенциал в решении текущей проблемы генетического загрязнения генетически модифицированных организмов . [ 8 ] Хотя ДНК невероятно эффективна в своей способности хранить генетическую информацию и обеспечивать сложное биологическое разнообразие, ее четырехбуквенный генетический алфавит относительно ограничен. Использование генетического кода из шести XNA вместо четырех встречающихся в природе нуклеотидных оснований ДНК открывает безграничные возможности для генетической модификации и расширения химической функциональности. [ 9 ]

Развитие различных гипотез и теорий о XNA изменило ключевой фактор в нашем нынешнем понимании нуклеиновых кислот: наследственность и эволюция не ограничиваются ДНК и РНК, как когда-то считалось, а представляют собой просто процессы, которые развились из полимеров, способных хранить информацию. [ 4 ] Исследования XNA позволят исследователям оценить, являются ли ДНК и РНК наиболее эффективными и желательными строительными блоками жизни, или эти две молекулы возникли случайно после эволюции из более крупного класса химических предков. [ 10 ]

Приложения

[ редактировать ]

Одна из теорий использования XNA заключается в его включении в медицину в качестве средства борьбы с болезнями. Некоторые ферменты и антитела , которые в настоящее время применяются для лечения различных заболеваний, слишком быстро расщепляются в желудке или кровотоке. Поскольку XNA является чужеродным веществом и считается, что у людей еще не появились ферменты для их расщепления, XNA могут служить более надежным аналогом методологий лечения на основе ДНК и РНК, которые используются в настоящее время. [ 11 ]

Эксперименты с XNA уже позволили заменить и расширить этот генетический алфавит, а XNA продемонстрировали комплементарность нуклеотидам ДНК и РНК, что указывает на потенциальную возможность его транскрипции и рекомбинации. Один эксперимент, проведенный в Университете Флориды, привел к получению аптамера XNA методом AEGIS-SELEX (искусственно расширенная генетическая информационная система – систематическая эволюция лигандов путем экспоненциального обогащения) с последующим успешным связыванием с линией клеток рака молочной железы . [ 12 ] Кроме того, эксперименты на модельной бактерии E. coli продемонстрировали способность XNA служить биологической матрицей для ДНК in vivo . [ 13 ]

При продвижении генетических исследований XNA необходимо учитывать различные вопросы, касающиеся биобезопасности , биозащиты , этики и управления/регулирования. [ 2 ] Один из ключевых вопросов здесь заключается в том, будет ли XNA в условиях in vivo смешиваться с ДНК и РНК в своей естественной среде, тем самым лишая ученых возможности контролировать или предсказывать ее последствия в генетической мутации . [ 11 ]

XNA также имеет потенциальное применение в качестве катализаторов , подобно тому, как РНК может использоваться в качестве фермента . Исследователи показали, что XNA способна расщеплять и лигировать ДНК, РНК и другие последовательности XNA, при этом наибольшая активность проявляется в реакциях, катализируемых XNA, на молекулах XNA. Это исследование может быть использовано для определения того, возникла ли роль ДНК и РНК в жизни в результате процессов естественного отбора или это было просто совпадение. [ 14 ]

XNA можно использовать в качестве молекулярных зажимов в количественных полимеразных цепных реакциях в реальном времени (кПЦР) путем гибридизации с целевыми последовательностями ДНК. [ 15 ] В исследовании, опубликованном в PLOS ONE , анализ молекулярного зажима, опосредованный XNA, выявил мутантную бесклеточную ДНК (вкДНК) из поражений предракового колоректального рака (КРР) и колоректального рака. [ 15 ] XNA может также действовать как высокоспецифичные молекулярные зонды для обнаружения целевой последовательности нуклеиновой кислоты. [ 16 ]

  1. ^ Шмидт М (2012). Синтетическая биология . Джон Уайли и сыновья. стр. 151–. ISBN  978-3-527-65926-5 . Проверено 9 мая 2013 г.
  2. ^ Перейти обратно: а б с Шмидт М. (апрель 2010 г.). «Ксенобиология: новая форма жизни как окончательный инструмент биобезопасности» . Биоэссе . 32 (4): 322–331. doi : 10.1002/bies.200900147 . ПМК   2909387 . ПМИД   20217844 .
  3. ^ Перейти обратно: а б Гонсалес Р. (19 апреля 2012 г.). «XNA — это синтетическая ДНК, которая сильнее настоящей» . Ио9 . Проверено 15 октября 2015 г. [ мертвая ссылка ]
  4. ^ Перейти обратно: а б Пинейро В.Б., Тейлор А.И., Козенс С., Абрамов М., Рендерс М., Чжан С. и др. (апрель 2012 г.). «Синтетические генетические полимеры, способные к наследственности и эволюции» . Наука . 336 (6079): 341–344. Бибкод : 2012Sci...336..341P . дои : 10.1126/science.1217622 . ПМЦ   3362463 . ПМИД   22517858 .
  5. ^ «Первые в мире искусственные ферменты, созданные с помощью синтетической биологии» . Совет медицинских исследований . 1 декабря 2014 года. Архивировано из оригинала 25 ноября 2015 года . Проверено 13 января 2016 г. {{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  6. ^ Расширение А (19 апреля 2012 г.). «Полимеры осуществляют эволюцию, не связанную с ДНК» . Королевское химическое общество . Проверено 15 октября 2015 г.
  7. ^ Гу П., Шеперс Г., Розенски Дж., Ван Эршот А., Хердевейн П. (2003). «Свойства спаривания оснований D- и L-циклогексеновых нуклеиновых кислот (CeNA)». Олигонуклеотиды . 13 (6): 479–489. дои : 10.1089/154545703322860799 . ПМИД   15025914 .
  8. ^ Хердевейн П., Марльер П. (июнь 2009 г.). «На пути к безопасным генетически модифицированным организмам посредством химической диверсификации нуклеиновых кислот». Химия и биоразнообразие . 6 (6): 791–808. дои : 10.1002/cbdv.200900083 . ПМИД   19554563 . S2CID   8572188 .
  9. ^ Пиньейру В.Б., Холлигер П. (август 2012 г.). «Мир XNA: прогресс на пути к репликации и эволюции синтетических генетических полимеров». Современное мнение в области химической биологии . 16 (3–4): 245–252. дои : 10.1016/j.cbpa.2012.05.198 . ПМИД   22704981 .
  10. ^ Хантер П. (май 2013 г.). «XNA отмечает это место. Что мы можем узнать о происхождении жизни и лечении болезней с помощью искусственных нуклеиновых кислот?» . Отчеты ЭМБО . 14 (5): 410–413. дои : 10.1038/embor.2013.42 . ПМЦ   3642382 . ПМИД   23579343 .
  11. ^ Перейти обратно: а б «XNA: синтетическая ДНК, которая может эволюционировать» . Популярная механика . 19 апреля 2012 года . Проверено 17 ноября 2015 г.
  12. ^ Сефа К., Ян З., Брэдли К.М., Хошика С., Хименес Э., Чжан Л. и др. (январь 2014 г.). «Селекция in vitro с использованием искусственных расширенных генетических информационных систем» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (4): 1449–1454. Бибкод : 2014PNAS..111.1449S . дои : 10.1073/pnas.1311778111 . ПМЦ   3910645 . ПМИД   24379378 .
  13. ^ Пезо В., Лю Ф.В., Абрамов М., Фройен М., Хердевейн П., Марльер П. (июль 2013 г.). «Бинарные генетические кассеты для выбора синтеза ДНК с использованием XNA-матрицы in vivo» . Ангеванде Хеми . 52 (31): 8139–8143. дои : 10.1002/anie.201303288 . ПМИД   23804524 .
  14. ^ Тейлор А.И., Пинейро В.Б., Смола М.Дж., Моргунов А.С., Пик-Чью С., Козенс С. и др. (февраль 2015 г.). «Катализаторы из синтетических генетических полимеров» . Природа . 518 (7539): 427–430. Бибкод : 2015Natur.518..427T . дои : 10.1038/nature13982 . ПМЦ   4336857 . ПМИД   25470036 .
  15. ^ Перейти обратно: а б Сунь К., Пастор Л., Ду Дж., Пауэлл М.Дж., Чжан А., Бодмер В. и др. (5 октября 2021 г.). «Новая технология молекулярного зажима, опосредованная ксенонуклеиновой кислотой, для раннего скрининга колоректального рака» . ПЛОС ОДИН . 16 (10): e0244332. Бибкод : 2021PLoSO..1644332S . дои : 10.1371/journal.pone.0244332 . ПМК   8491914 . ПМИД   34610014 .
  16. ^ Д'Агата Р., Джуффрида М.К., Спото Дж. (ноябрь 2017 г.). «Биосенсоры на основе пептидно-нуклеиновых кислот для диагностики рака» . Молекулы . 22 (11): 1951. doi : 10,3390/molecules22111951 . ПМК   6150339 . ПМИД   29137122 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: f100b45a6a70d086a007f7e9b1640c68__1718956980
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/f1/68/f100b45a6a70d086a007f7e9b1640c68.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Xeno nucleic acid - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)