Нуклеиновые кислоты открыл в 1868 году швейцарский ученый Иоганн Фридрих Мишер. Термин «нуклеин» был употреблен, поскольку эти вещества первоначально обнаружились в ядре клетки (ядро по-латыни nucleus). Но позднее оказалось, что клетки бактерий, не имеющие ядра, содержат те же кислоты.
Так называемая гипотеза РНК-мира гласит, что в начале эволюции катализатором для синтеза других аналогичных молекул, а затем и ДНК, стала рибонуклеиновая кислота (РНК). Но постепенно в большинстве структур макромолекулы РНК заменил белок. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) оказалась более устойчивой.
В науке существует термин «направленная эволюция». Идея ее состоит в том, чтобы сосредоточить эволюционный процесс на одной-единственной последовательности ДНК для выполнения определенных задач. Каких? Ну, например, создания новых терапевтических средств, лишенных побочных эффектов. Чтобы обеспечить безопасность и эффективность таких средств, требуется изменить ДНК. Собственно, та же селекция, искусственный отбор для получения нужных видов животных и сортов растений - это тот же метод направленной эволюции.
В течение последних десятилетий биологи экспериментировали с мутациями генов в поисках желаемых вариантов. Однако методика была слишком сложной и имела множество ограничений. В 2018 году авторы одной из научных работ по направленной эволюции впервые получили Нобелевскую премию по химии. Однако до недавнего времени все исследования не выходили за рамки процессов в клетках бактерий.
Сотрудники кафедры фармакологии в Медицинской школе Университета Северной Калифорнии доктора медицинских наук Джастин Инглиш и Брайан Л. Рот вместе со своими коллегами разработали несколько белков для выполнения конкретных задач, причем на разработку каждого из них ушло всего несколько дней. В качестве носителя подлежащего модификации гена они использовали вирус Синдбис, который может заставить клетки в чашке мутировать довольно быстро. Ученые создали условия для того, чтобы процветали только мутантные гены, способные кодировать белки на выполнение нужной функции, скажем, активировать определенный рецептор или включить определенный ген. Но самое главное - опыты велись с клетками млекопитающих! А значит, теоретически такие технологии могут быть применимы и к человеку.
Авторы новой системы дали ей название VEGAS (Viral Evolution of Genetically Actuating Sequences), что переводится как «Вирусная эволюция генетически активируемых последовательностей». «Идентификация мутаций, которые произошли во время этой быстрой эволюции, помогает нам впервые понять ключевые области в рецепторном белке, участвующие в переходе в активное состояние», - прокомментировал ведущий автор исследования Джастин Инглиш. «Научному сообществу давно нужен такой инструмент, - полагает старший автор исследования Брайан Л. Рот. - Мы считаем, что наша методика ускорит исследования и в конечном итоге приведет к улучшению терапии для людей, страдающих от многих заболеваний, в отношении которых нам нужно гораздо более эффективное лечение».
Это не просто голословное утверждение. Исследователи уже использовали систему VEGAS для получения небольших биомолекул (нанотел), способных, в частности, активировать различные рецепторы, в том числе серотонина и дофамина, ответственных за многие процессы, происходящие в головном мозге, что позволит разработать препараты нового поколения от ряда психических заболеваний.
Также команда из Калифорнии занимается разработкой инструментов редактирования генов для лечения наследственных патологий и создания нанотел, способных нейтрализовать гены, вызывающие онкологические болезни.