Генетическая информация обитающих на Земле живых организмов может быть записана в ДНК или РНК, в которых элементами нуклеотидов являются рибоза или дезоксирибоза, однако исследователи получили шесть типов синтетических моделей нуклеотидов, которые могут хранить, умножать и изменять генетическую информацию.

Как отмечает химик из Исследовательского Института Скриппса, Джеральд Джойс (Gerald F. Joyce), синтезированные соединения могут стать простейшей основой для синтетической жизни, а также найти применения в науках о материалах, молекулярной диагностике и терапии. Свою определенную роль они могут сыграть как в поиске жизни вне Земли, так и изучению происхождения жизни и на Земле.

Шестичленные структуры позволяют синтезировать нуклеотиды, альтернативные рибо и дезоксирибонуклеотидам. Продукты конденсации новых структур получили название ксенонуклеиновые кислоты (КсНК). (Рисунок из Science, DOI: 10.1126/science.1217622)

Группа исследователей под руководством Филиппа Холлигера (Philipp Holliger) получила аналоги нуклеотидов, в которых вместо пентоз – рибозы и дезоксирибозы, присутствуют остатки гексоз.

Как рибо- и дезоксинуклеотиды, нуклеотиды, содержащие гексозные остатки, могут быть связаны друг с другом с образованием различных полинуклеотидных цепей, которым исследователи дали название ксенонуклеиновые кислоты (КсНК) [xeno-nucleic acids (XNA)]. В цепи каждой КсНК может присутствовать все четыре главных азотистых основания ДНК – аденин, гуанин, тимин и цитозин.

Холлигер отмечает, что исследователи из его группы провели три года, разрабатывая и изменяя структуру ферментов-полимераз, способствующих переносу генетического кода с ДНК на КсНК – систему, моделирующую передачу наследственных признаков. Исследователи также продемонстрировали, что синтетические нуклеиновые кислоты могут эволюционировать при определенном воздействии. Например, исследователям удалось эволюционным путем получить полимеры, содержащие 1,5-ангидрогекситол (на рисунке – HNA), которые связываются с определенными белками и целевыми РНК.

Специалист по возникновению жизни Джек Жостак (Jack W. Szostak) из Медицинской школы Гарварда отмечает, что в долгосрочной перспективе появится возможность создать новые формы жизни на основе синтетических генетических полимеров.

Холлигер отмечает, что в настоящее время исследователи из его группы пытаются найти биомедицинское и биотехническое применение полученных КсНК. Исследователь надеется, что КсНК могут образовать трехмерные структуры, способные выполнять полезные задания – направленную доставку лекарственных препаратов к клеткам опухоли – поскольку КсНК синтетические – они не будут разлагаться ферментами-нуклеазами, распознающими и разрушающими молекулы ДНК и РНК.