Синтез ДНК

Синтез в пробирке двойной спирали — носительницы наследственности живых организмов — венчает собой полувековые попытки биохимиков воссоздать вне клетки гигантские молекулы биологически активных соединений.

Внеклеточным синтезом нуклеиновых кислот мои коллеги и я стали заниматься начиная с 1954 г. — спустя год после того, как Д. Уотсон и Ф. Крик предложили двуспиральную модель ДНК (смотрите рисунок ниже).

Двойная спираль — знаменитая модель дезоксирибонуклеиновой кислоты,
предложенная в 1953 г. Д. Уотсоном и Ф. Криком

Состоит из двух цепей, удерживаемых вместе поперечными связями между основаниями (в середине модели). В последовательности оснований содержится генетическая информация, уникальная для каждого организма. Модель Уотсона — Крика впервые объяснила, как расположены основания, образующие специфические пары (см. рис. 4).

Смотрите рисунок — Структура ДНК напоминает лестницу, края которой образованы чередующимися звеньями дезоксирибозы и фосфата

Каждая цепь двойной спирали по своей последовательности оснований комплементарна другой цепи, ее последовательности оснований. Следовательно, каждая цепь может служить матрицей для построения другой цепи.

Напомню, что ДНК — это как раз та нуклеиновая кислота, которая передает генетическую информацию от поколения к поколению у всех организмов, исключая лишь некоторые типы вирусов. Мы добились своей цели уже через год, но полный успех пришел всего несколько месяцев назад — спустя 14 лет после начала работы. Используя в качестве матрицы природную ДНК, мы смогли получить настоящую синтетическую ДНК, которая в полной мере обладала биологической активностью, присущей нативному материалу.

Отправной точкой послужила необычная одноцепочечная ДНК, найденная у одного из вирусов бактерий — фага ФХ 174. Единственная цепочка ДНК этого фага имеет форму замкнутой петли. Когда фаг ФХ 174 заражает клетку бактерии Escherichia coli, петля фаговой ДНК служит матрицей, управляющей ферментативным синтезом второй петли ДНК. Обе петли образуют кольцеобразную двойную спираль, похожую на спирали ДНК, обнаруженные в бактериальных клетках и в клетках высших организмов. Нам удалось воспроизвести синтез одноцепочечных копий фаговой ДНК; в конце концов мы научились получать синтетические двойные спирали. Теперь, по-видимому, открыт путь к синтезу ДНК других организмов — вирусов, вызывающих болезни человека, а также бактерий и многоклеточных организмов. В конечном итоге можно будет приступить к синтезу ДНК позвоночных животных, в том числе млекопитающих.

«Молекулы и клетки», под ред. акад. Г.М.Франка