Исследователи Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Новосибирского государственного университета работают над коктейлем из белков, который способен помочь в расшифровке деградировавшей ДНК — это важно, в частности, для палеогенетиков и судмедэкспертов.
Чтобы узнать последовательность нуклеотидов самой главной биологической молекулы и получить необходимую информацию об изучаемом организме, ДНК секвенируют. В начале этой многоэтапной процедуры с помощью метода полимеразной цепной реакции идет амплификация — то есть многократное копирование — той или иной последовательности. Однако в случае деградировавшей ДНК с этим возникают проблемы: нарушенные участки просто могут не амплифицироваться.
Заведующий лабораторией геномной и белковой инженерии ИХБФМ СО РАН, директор Центра перспективных биомедицинских исследований НГУ член-корреспондент РАН Дмитрий Олегович Жарков называет наиболее частые случаи, когда необходимо исследовать «испорченную» ДНК: в биологических работах в интересах историков и археологов (например, для изучения ДНК древних людей и животных) и в судебно-медицинской экспертизе. «Допустим, если мы пытаемся определить личность человека по его останкам или подозреваемого в преступлении — по биологическим следам, а часть уникальных маркеров не видна из-за разрушения последовательностей во внешней среде, можно ошибиться», — комментирует ученый.
Специалисты НГУ в области репарации ДНК разработали набор белков, который позволяет восстановить разные виды деградировавшей ДНК для успешной дальнейшей амплификации. Такой коктейль добавляется в ходе пробоподготовки для секвенирования, и в итоге в несколько раз повышается точность, снижается число ошибок прочтения ДНК и увеличивается число фрагментов, которые удается распознать. «Мы, понимая, какие повреждения преимущественно случаются, знаем механизмы их репарации в живых клетках — соответственно, берем те белки, которые устраняют те или иные нарушения, и смешиваем их, — рассказывает Дмитрий Жарков. — Эта работа началась около десяти лет назад, мы сформировали перечень отдельных “ингредиентов”, а потом уже начали оптимизировать смеси для различных целей и задач, чем сейчас и продолжаем заниматься».
Исследователь поясняет, как происходит восстановление ДНК. Дело в том, что она двухцепочечная, а повреждения обычно происходят с одной из этих цепочек, другая остается целой. Специально подобранные белки просто достраивают отсутствующие фрагменты. «Когда организм живой, репарация идет с огромной эффективностью — буквально одно-два из триллионов нарушений не восстанавливаются, — отмечает Дмитрий Жарков. — Когда же организм умирает, процессы прекращаются, и ДНК начинает постепенно разлагаться. Чем дольше она лежит, тем больше разрушается, но в целом в настоящее время можно эффективно “ремонтировать” образцы возрастом в десятки тысяч лет».
Надо отметить, что профессор Сванте Паабо — известный ученый, который занимается прочтением древней ДНК и открыл миру денисовского человека, — работает по другой методике. «У них очень хороший набор для извлечения и подготовки ДНК, высокочувствительная аппаратура, чтобы ее детектировать — и в основе лежит то, что не все последовательности повреждены в одном и том же месте, — говорит Дмитрий Жарков. — Однако чем старее ДНК, тем меньше в ней элементов, которые удается выделить с помощью традиционных методик. Наш способ удлиняет читаемые цепочки».
Созданный набор белков ученые уже испытывали на модельных системах — повреждали ДНК самыми разными способами, а потом восстанавливали. Кроме того, применяли коктейль и в ходе исследований, которые ведутся в лаборатории геномного редактирования ИХБФМ СО РАН. «Что касается древней ДНК, то здесь мы сотрудничали с лабораторией сравнительной геномики Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН, — отмечает Дмитрий Жарков. — Что-то у них получилось хорошо, над чем-то еще приходится работать». Биолог подчеркивает, что в настоящее время разработка не является полностью законченной — идет процесс ее «обкатки», совершенствования и доведения до полностью рабочего состояния.
Екатерина Пустолякова, sbras.info
Иллюстрация предоставлена Дмитрием Жарковым