Как клетка находит начало инструкции в ДНК: открыт единый механизм для всех форм жизни

✦ ИИ  Этот пост, предположительно, был создан при помощи искусственного интеллекта
Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Статья | Наука и космос

Чтобы клетка могла использовать информацию из ДНК, специальные ферменты должны точно знать, где начинается нужный ген. Долгое время биологи считали, что этот механизм хорошо изучен на примере кишечной палочки. Однако новое масштабное исследование показало: наши представления были неполными. Ученые обнаружили новую универсальную деталь в структуре генов и выяснили, что разные группы бактерий управляют своей активностью принципиально разными способами.

Команда исследователей из Тайваня и США проанализировала геномы 49 различных видов бактерий. Результаты, опубликованные в журнале Nucleic Acids Research, объясняют, почему методы генной инженерии часто не срабатывают при переносе из одного организма в другой.

Спираль ДНК, вольная интерпретация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Проблема «стандартного» микроба

Большая часть знаний о том, как запускаются гены, получена при изучении одного вида бактерий — Escherichia coli (кишечной палочки). Участок ДНК, который служит сигналом для начала считывания гена, называется промотором.

Считалось, что ключевую роль в промоторе играют два блока генетического кода, расположенные на определенном расстоянии от начала гена. Ученые пытались найти похожие последовательности букв (нуклеотидов) у других бактерий, но этот метод часто давал сбои. То, что работало для кишечной палочки, оказывалось неэффективным для других микроорганизмов, важных для медицины и промышленности.

Авторы новой работы изменили подход. Вместо того чтобы просто искать похожие буквы в коде, они использовали физическую модель. Она рассчитывает силу сцепления между ДНК и РНК-полимеразой — ферментом, который отвечает за копирование генетической информации.

Escherichia coli (кишечная палочка)
Автор: by Minyoung Choi, CC BY-SA 2.0 Источник: www.flickr.com
Открытие №1: универсальный элемент «Start»

Используя этот метод, исследователи обнаружили третий, ранее игнорируемый компонент промотора. Он находится ровно в точке, где начинается считывание гена. Авторы назвали его элемент «Start».

Это короткая последовательность из трех нуклеотидов. Уникальность элемента «Start» в том, что он практически одинаков у самых разных бактерий, разделенных миллионами лет эволюции. Более того, похожие структуры найдены у сложных организмов, включая растения и животных.

Это указывает на то, что базовый механизм, определяющий точку начала считывания гена, возник на самых ранних этапах развития жизни и сохранился у всех организмов практически в неизменном виде.

Открытие №2: два пути эволюции

Если точка старта у всех одинаковая, то механизмы управления активностью генов оказались разными. Исследование выявило различие между двумя основными группами бактерий: Грациликутами (к ним относится кишечная палочка) и Террабактериями.

Различие кроется в участке ДНК, который находится прямо перед точкой старта (он называется дискриминатор):

  1. У Грациликут этот участок имеет разнообразный состав и служит чувствительным регулятором. Он позволяет бактерии быстро менять скорость работы генов в ответ на нехватку питания. Если ресурсов мало, этот участок физически мешает ферменту начать копирование.
  2. У Террабактерий этот участок жестко фиксирован и имеет строгий состав. Он обеспечивает стабильное связывание фермента, но не используется для быстрой реакции на голод таким же образом, как у первой группы.
Цианобактерии
Автор: by Virginia Gasdía, CC BY 2.0 Источник: www.flickr.com
Почему это важно

Это исследование решает давнюю проблему биотехнологий. Раньше инженеры пытались переносить генетические конструкции между видами, предполагая, что правила регуляции везде одинаковы. Теперь стало ясно, почему эти попытки часто проваливались: системы управления у разных групп бактерий несовместимы.

Новая модель позволяет точно предсказывать структуру промоторов для малоизученных бактерий. Это открывает возможность создавать более эффективные лекарства и биотехнологические штаммы, используя не только привычную кишечную палочку, но и широкий спектр других микроорганизмов.

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Угольный фильтр в холодильнике: нужен ли он и стоит ли за него платить

Современный холодильник представляет сложную система, где воздух постоянно циркулирует для равномерного охлаждения всех продуктов. При хранении разнообразной еды в камере могут появляться...

Гидропонная ферма своими руками: создаём установку для свежей зелени на подоконнике с 3D‑принтером QIDI Max4

Свежая зелень круглый год: как собрать гидропонную систему с помощью 3D‑печати на примере QIDI Max4. Свежая зелень в доме круглый год — об этом, пожалуй, мечтают многие, и не имеет...

Роботы научились «плавать» в пространстве-времени, используя формулы Эйнштейна

Благодаря научно-фантастическим фильмам мы уже привыкли, что на основе Общей теории относительности Эйнштейна мы когда-то в далёком будущем сможем покорять пространство-время. А сейчас эту теорию...

Обзор комбо-устройства Inspector Mike S Pro – возможности комбо-устройства без лишних ожиданий

Inspector Mike S Pro это комбайн, вобравший в себя функции видеорегистратора, радар-детектора и GPS-информера в одном корпусе. Модель получила рупорную антенну с LNA-усилителем, распознавание...

Мы десятилетиями недооценивали Вселенную: астрономы обнаружили водородный туман, скрывающий настоящие размеры галактик

На протяжении многих десятилетий астрономические наблюдения строились вокруг изучения звезд. Когда исследователи направляли телескопы в космос, они фиксировали свет светящихся объектов и на основе...

Почему наличие великих рек не спасает Индию от дефицита чистой воды

Индия кажется страной, где проблем с водой быть не должно по определению. Ежегодно на её территорию выпадает около 4 000 млрд кубометров осадков. Для масштаба: это примерно одна шестая объёма...