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

  • 12/08/2016

    Новосибирский ученый разработал новый метод генерации биспецифичных терапевтических антител

    ​Аспирант Новосибирского государственного университета Виктор Принц разработал новый метод генерации биспецифичных терапевтических иммуноглобулинов на основе процесса, который происходит в организме человека.
    2553
  • 23/08/2018

    Здесь создают здоровье нации

    ​Сегодня о проекте "Академгородок 2.0" говорят много: каким он станет, что войдет в его структуру, как это позволит развивать науку и главное - чем будет полезен людям? И только создание Биоцентра, кажется, не вызывает вопросов - необходимость разработки суперсовременных лекарственных препаратов очевидна даже обывателям.
    1070
  • 16/05/2016

    Новая тест-система поможет обнаружить рак легкого еще до появления опухоли

    ​Капля никотина, увы, по-прежнему убивает. Причем в массовом порядке - ежегодно в мире регистрируется более 1,4 миллиона случаев рака легких. К сожалению, для миллиона больных диагноз оказывается смертельным.
    2505
  • 04/03/2016

    Ольга Лаврик: политический кризис - не помеха для взаимодействия ученых

    ​За большой вклад в укрепление научного сотрудничества между Россией и Францией  заведующей лабораторией Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН члену-корреспонденту РАН, профессору Ольге Ивановне Лаврик  было присвоено звание кавалера ордена Академических пальм.
    2701
  • 14/06/2018

    В СО РАН продолжается обсуждение проектов развития исследовательской инфраструктуры ННЦ

    ​Проект Сибирского национального центра высокопроизводительных вычислений, обработки и хранения данных (СНЦ ВВОД) представил заместитель председателя СО РАН академик Павел Владимирович Логачёв. «В современных исследованиях во всех областях знаний научные данные являются ключевым драйвером, — подчеркнул координатор проекта.
    1375
  • 11/01/2019

    В Новосибирске предлагают построить центр клеточной иммунотерапии

     10 января губернатор Новосибирской области Андрей Травников посетил Научно-исследовательский институт фундаментальной и клинической иммунологии СО РАН. В ходе рабочей поездки главе регионе был представлен инновационный проект медицинского научно-исследовательского центра клеточной иммунотерапии и регенеративной медицины стоимостью 1,2 млрд.
    1364
  • 07/08/2018

    Неутомима, как силы природы

    ​Исследование систем репарации ДНК — «ремонта» этой сложной молекулы — поистине масштабная задача, решением которой занимаются передовые исследовательские коллективы и звезды мировой науки. Одна из них — заведующая лабораторией биоорганической химии ферментов Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН член-корреспондент РАН — Ольга Ивановна Лаврик отмечает юбилей.
    979
  • 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.
    3030
  • 05/09/2016

    Универсальный способ выделения экзосом разработан в ИХБФМ СО РАН

    ​Выпускница факультета естественных наук Новосибирского государственного университета Лада Пурвиньш занимается на базе Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (ИХБФМ) разработкой нового универсального способа выделения экзосом из больших объемов биологических жидкостей.
    2826
  • 21/03/2016

    Ученые определят рак груди по анализу крови

    ​Ученые Института химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН занимаются исследованием маркеров, характерных для опухолевых клеток рака молочной железы (РМЖ), в составе циркулирующих в крови экзосом.
    2199