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.

 

Структура белка Fpg, одного из инструментов для ремонта поврежденной ДНК (Gilboa, Zharkov et al., 2002) 
 

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

Иллюстрация предоставлена Дмитрием Жарковым

Источники

Сибирские ученые помогут прочитать нарушенную ДНК
Наука в Сибири (sbras.info), 18/03/2020
Сибирские ученые помогут прочитать нарушенную ДНК
Новосибирский государственный университет (nsu.ru), 18/03/2020
Сибирские ученые помогут прочитать нарушенную ДНК
Seldon.News (news.myseldon.com), 18/03/2020
Сибирские ученые помогут прочитать нарушенную ДНК
Seldon.News (news.myseldon.com), 18/03/2020
Сибирские ученые помогут прочитать нарушенную ДНК
Якутия 24 (yakutia24.ru), 18/03/2020
Сибирские ученые расшифруют нарушенную ДНК
Seldon.News (news.myseldon.com), 18/03/2020
Белковый коктейль для судмедэкспертизы
Академгородок (academcity.org), 18/03/2020
Белковый коктейль для судмедэкспертизы
Seldon.News (news.myseldon.com), 18/03/2020
Сибирские ученые расшифруют нарушенную ДНК
1k.com.ua, 18/03/2020
Сибирские ученые расшифруют нарушенную ДНК
Тайга.инфо (tayga.info), 18/03/2020
В России создали коктейль для восстановления поврежденной ДНК
Media Mag (mag-m.com), 18/03/2020
В России создали коктейль для восстановления поврежденной ДНК
Rosinvest.com, 18/03/2020
В России создали коктейль для восстановления поврежденной ДНК
Pcnews.ru, 18/03/2020
Белковый коктейль поможет в расшифровке нарушенной ДНК
Популярная механика (popmech.ru), 18/03/2020
В России создали коктейль для восстановления поврежденной ДНК
1k.com.ua, 18/03/2020
Российские биологи создали метод восстановления "испорченной" ДНК, что позволит ее расшифровывать
Национальные проекты: будущее России (futurerussia.gov.ru), 18/03/2020
Российские биологи создали метод восстановления "испорченной" ДНК, что позволит ее расшифровывать
Seldon.News (news.myseldon.com), 18/03/2020
Ученые из Новосибирска восстанавливают поврежденную ДНК белковым "коктейлем"
Oane.ws, 20/03/2020
Ученые из Новосибирска восстанавливают поврежденную ДНК белковым "коктейлем"
РЫБИНСКonLine (ryb.ru), 20/03/2020
Белковый коктейль восстанавливает ДНК человека после смерти
Промышленная Сибирь (sibindustry.ru), 20/03/2020

Похожие новости

  • 07/07/2017

    В НГУ обсудили неинвазивные методы биопсии при онкологии

    ​В Новосибирске прошла конференция с практической школой «Перспективы жидкостной биопсии в практической онкологии» — НГУ стал одной из площадок для проведения мероприятия вместе с Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Институтом молекулярной и клеточной биологии СО РАН.
    2021
  • 08/07/2017

    Новосибирские ученые предложили новый подход к лечению гипертонии

    ​Ученые Новосибирского национального исследовательского государственного университета совместно с коллегами из институтов СО РАН (Институт химической биологии и фундаментальной медицины, Институт цитологии и генетики, Институт катализа) смогли понизить давление у крыс с артериальной гипертонией (с хронически повышенным артериальным давлением) с помощью метода генной терапии.
    2327
  • 02/08/2017

    Студенты НГУ сыграли в научно-деловую игру с бизнесменами и учеными

    ​В НГУ прошла научно-деловая игра «Стартап-Биотех», направленная на интеграцию предпринимательства в образовательный процесс.В игре приняли участие около 40 человек — студенты, аспиранты, сотрудники научных лабораторий и высокотехнологичного бизнеса.
    1556
  • 13/02/2020

    Разработки сибирских ученых позволят повысить эффективность противовирусных препаратов

    ​Сотрудники Новосибирского государственного университета совместно с коллегами из Бийска, Новосибирска и Томска исследовали новый разработанный штамм вируса гриппа типа B (штамм В/Novosibirsk/40/2017-MA), чтобы с его помощью изучать лечебную и профилактическую эффективность противовирусных препаратов in vitro и in vivo.
    714
  • 04/10/2018

    Ночь научных историй пройдёт в Новосибирске

    За один вечер в новосибирском Академгородке прочтут 15 научно-популярных лекций и дадут ответы на вопросы участников.  Ночь научных историй пройдёт в воскресенье, 7 октября. Каждая лекция будет длиться по 30 минут, далее 15 минут уделят на вопросы-ответы, и 15 минут на перерыв, в течение которого можно будет перейти на другую площадку.
    1893
  • 19/01/2017

    Самые громкие и важные исследования ученых СО РАН за 2016 год по версии НГС

    Хомяки-математики, яд для лечения сердца, спасение от энцефалита и таяние льдов Гренландии — НГС.НОВОСТИ изучили самые громкие и важные исследования ученых СО РАН за последний год.  Новосибирцы гордятся Академгородком и славой научного центра Сибири, которую город получил благодаря институтам СО РАН и работающим в них ученым.
    3159
  • 23/07/2019

    Интервью с биологом Сергеем Нетесовым

    ​К юбилею наукограда ЦИНК встречается с интересными людьми, которые участвуют в развитии Кольцово. Недавно мы встретились и поговорили с член-корреспондентом РАН, молекулярным биологом, доктором биологических наук, заведующим лабораторией бионанотехнологии, микробиологии и вирусологии ФЕН НГУ, членом двух диссертационных советов – Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и ФБУН «ГНЦ вирусологии и биотехнологии «Вектор», председателем Совета некоммерческой ассоциации «Биофарм» Сергеем Викторовичем Нетёсовым.
    840
  • 29/04/2020

    Как управлять генами: НГУ запустил онлайн-курс по эпигенетике на Coursera

    Новый курс на Coursera, посвященный эпигенетике, расскажет, почему клетки помнят определенную информацию, вовремя «включают» и «выключают» нужные гены, как работает клеточная память, что происходит во время старения на клеточном уровне и существует ли средство, продлевающее молодость.
    660
  • 13/03/2020

    Губернатор Андрей Травников поздравил победителей научной олимпиады - юных генных инженеров

    ​Глава Новосибирской области принял участие в закрытии финала Олимпиады Национальной технологической инициативы по профилю «Инженерно-биологические системы», подпрофиль «Геномное редактирование». Мероприятие прошло в большом зале Академпарка Новосибирского Академгородка.
    671
  • 22/09/2016

    В Новосибирске планируют создать клинику для лечения методом БНЗТ

    ​Новосибирский государственный университет в сотрудничестве с российскими и зарубежными научными организациями работает над реализацией масштабного проекта по созданию клиники для лечения глиобластомы мозга и других онкологических заболеваний с помощью метода бор-нейтронозахватной терапии и ускорительного источника нейтронов Института ядерной физики им Г.
    4169