Фермент прочитал генетическую систему с восемью буквами ДНК

Исследователи Калифорнийского университета в Сан-Диего показали, что ключевой клеточный фермент способен точно прочитать и переписать восьмибуквенный генетический алфавит — вдвое больше четырёх букв, которые используют все известные формы жизни на Земле. Детальные изображения выявили, что РНК-полимераза обрабатывает синтетические буквы ДНК удивительно похожим образом на то, как она работает с природными.

Первичная работа опубликована в журнале Nature Communications 2 сентября 2026 года, вторая — в PNAS 12 августа 2026 года. Обе статьи написаны под руководством профессора Дун Вана из Фармацевтической школы Скаггса UC San Diego.

Что такое восьмибуквенный алфавит и зачем он нужен

Всё живое на Земле использует четыре «буквы» ДНК: аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C). Проект Hachimoji («восемь букв» по-японски) расширяет этот алфавит, добавив ещё четыре синтетические нуклеиновые основания, которые в природе не встречаются.

Идея расширенных генетических алфавитов привлекает синтетических биологов по двум причинам. Во-первых, большее число «букв» позволяет кодировать более сложную информацию и создавать молекулы с новыми функциями. Более ранние исследования уже использовали расширенные генетические алфавиты для создания синтетических ДНК-молекул, способных распознавать клетки рака печени.

Во-вторых, расширенный алфавит теоретически позволяет синтезировать белки с нестандартными аминокислотами — что открывает путь к принципиально новым терапевтическим молекулам.

Как именно работает фермент с синтетическими буквами

Исследователи сосредоточились на РНК-полимеразе — ферменте, который считывает ДНК и производит РНК, то есть выполняет первый шаг в экспрессии генов. Чтобы увидеть, как фермент обращается с синтетической генетической информацией, команда объединила биохимические эксперименты с высокоразрешающей криоэлектронной микроскопией, позволяющей видеть структуры в масштабе меньше ширины одного атома.

Исследователи получили детальные структурные изображения РНК-полимеразы бактерии Escherichia coli в момент распознавания и включения двух синтетических пар оснований. Снимки показали, что РНК-полимераза идентифицирует синтетические буквы ДНК, используя многие из тех же биохимических и структурных сигналов, которые она применяет для распознавания природных пар оснований. Это открытие помогает объяснить, почему фермент способен точно копировать информацию, записанную расширенным генетическим алфавитом.

В сопутствующей работе в PNAS та же исследовательская группа обнаружила, что РНК-полимераза способна распознавать ещё одну пару синтетических оснований, даже несмотря на то что в ней отсутствуют водородные связи, обычно скрепляющие пары оснований ДНК.

Ключевые данные и ограничения

Ключевые результаты двух исследований:

• РНК-полимераза E. coli точно транскрибирует восьмибуквенный алфавит Hachimoji;
• Механизм распознавания синтетических оснований структурно схож с механизмом распознавания природных;
• Один из синтетических вариантов работает без водородных связей, что указывает на гибкость молекулярного механизма;
• Эффективность транскрипции доказана в биохимических и структурных экспериментах, а не у живого организма.

Важно понимать: данная работа не означает создания нового организма или «искусственной жизни». Речь идёт о биохимической демонстрации того, что клеточный фермент способен работать с расширенным генетическим алфавитом. Следующие шаги на пути к практическому применению — включение восьмибуквенной системы в живые клетки и создание функциональных белков с нестандартными аминокислотами.

Читайте также по теме: регуляции ДНК и противоопухолевой защите.