Получены первые плоды искусственной эволюции

Молекулярные биологи из Техасского университета в Остине создали искусственный фермент, который позволяет безошибочно копировать генетическую информацию. Для этого ученые применили метод направленной эволюции. Статья с результатами работы опубликована в журнале Science в пятницу, 24 июня.

Геном вирусов, относящихся к семейству ретровирусов, состоит не из ДНК, а из РНК. При обратной транскрипции РНК играет роль шаблона для создания комплементарной цепи ДНК, которая затем встраивается в геном хозяйской клетки. Этот процесс могут сопровождать многочисленные ошибки, и поэтому ни один вирус не может точно копировать свой генетический материал. Благодаря этой особенности, ВИЧ быстро мутирует, что серьезно затрудняет его лечение.

Так как обезвреженные ретровирусы используются для генной инженерии, ошибки при копировании генома становятся проблемой для ученых, которые внедряют гены в клеточные культуры. Для решения этой проблемы исследователи разработали специальный фермент, который не только выполняет обратную транскрипцию, но и проверяет результат своей работы.

Ферментом является модифицированная РНК-зависимая ДНК-полимераза, которая была улучшена с помощью направленного эволюционного процесса. Ученые назвали новую молекулу RTX (reverse transcription xenopolymerase — ксенополимераза обратной транскрипции). Гены полимераз были изначально выделены из клеток архей и относились к семейству бета-ДНК-полимераз, которые уже содержали в себе молекулярный модуль, способный проверять качество копирования. Гены отличались друг от друга небольшими мутациями, в результате чего кодируемые ими ферменты с разной эффективностью выполняли свою работу.

Чтобы воспроизвести естественный отбор, ученые заставили полимеразы самокопироваться. Спустя некоторое время наибольшее распространение получили те молекулы, которые наиболее эффективно и правильно себя копировали. RTX делает ошибки в 3-10 раз меньше, чем существующие природные ферменты.