Сибирские исследователи создали светящиеся производные ДНК и РНК, которые способны выявлять мутации при раке и могут быть использованы в биосенсорах.
Исследователи из Института химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН (ИХБФМ СО РАН) разработали уникальные флуоресцентные производные нуклеиновых кислот — модифицированные ДНК и РНК, которые начинают светиться при облучении.
Нуклеиновые кислоты, такие как ДНК и РНК, — это биополимеры, содержащие генетическую информацию. Модификация этих молекул — изменение или дополнение химических групп — давно применяется для наделения их новыми свойствами.
Ранее ученые работали с фосфорилгуанидинами, однако этот класс оказался ограниченным в использовании. В результате был разработан новый метод: синтез фосфорамидных азольных олигонуклеотидов — коротких фрагментов ДНК, которые легко и эффективно производятся на автоматических синтезаторах.
На первом этапе стало известно, что эти модифицированные молекулы улучшают метод ПЦР (полимеразной цепной реакции), делая его более специфичным. Это особенно актуально для аллель-специфичной ПЦР — когда требуется выявить конкретную точечную мутацию в гене. Ученые уже продемонстрировали возможность обнаружения однонуклеотидных замен, связанных с раком, что может помочь в прогнозировании болезни и выборе наилучшей терапии.
Тем не менее, настоящим прорывом стало дальнейшее развитие — добавление третьего кольца к бензоазольной части молекулы. Это привело к появлению флуоресцентных свойств. Новые производные начинают светиться при облучении светом определенной длины волны.
Благодаря свечению, их можно применять в генетических анализах: по изменению интенсивности флуоресценции в образце можно определить наличие целевой последовательности ДНК или РНК. Этот метод основан на гибридизационном анализе — когда один фрагмент (нанозонд) соединяется с комплементарной цепью.
Это открывает перспективу создания биосенсора, который будет функционировать прямо у постели пациента. Для этого потребуется только образец и специализированные зонды, без необходимости отправки пробы в центральную лабораторию. По словам Александра Ломзова, заместителя директора ИХБФМ СО РАН, это может значительно упростить и ускорить диагностику, включая выявление мутаций, связанных с онкологией.
Помимо диагностики, модифицированные нуклеиновые кислоты могут использоваться и в терапевтических целях. Они уже применяются в виде олигонуклеотидных препаратов. В частности, благодаря изменениям в архитектуре можно улучшить доставку лекарств в клетки, продлить циркуляцию молекул в организме, снизить иммуногенность и повысить направленность действия.
Проект осуществляется при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) № 23-14-00358 «Синтез, физико-химические и молекулярно-биологические свойства олигодезоксирибонуклеотидов, несущих замещенные азольные фосфорамидные группы». Также работа проходит в рамках государственной программы «Десятилетие науки и технологий».
Синтез азольных фосфорамидных олигонуклеотидов является первым в мировой практике. Исследователи СО РАН первыми создали этот класс модификаций, расширив возможности синтетической биологии.
Помимо медицины, такие нуклеиновые кислоты могут использоваться в ветеринарии и растениеводстве для выявления патологий у животных и растений, а также в селекционных процессах.