В 2008 году группа американских учёных сделала шаг, который вполне может перевернуть наши представления о границах нанотехнологий. Им удалось создать синтетический аналог ДНК — молекулу, которая ведёт себя как природный носитель генетической информации, но при этом обладает свойствами, в естественной среде не встречающимися. Речь идёт не о редактировании генома или клонировании, а о принципиально новом материале для конструирования на молекулярном уровне.

Почему ДНК вообще заинтересовала нанотехнологов

ДНК — объект, который молекулярные биологи изучают десятилетиями, — давно перестала быть только «инструкцией по сборке белка». Её главный козырь в глазах инженеров — способность к репликации, то есть точному самокопированию. В нанометровых масштабах это почти идеальный строительный блок: молекула сама собирает свою копию, следуя строгим правилам комплементарности. Если научиться управлять этим процессом, можно программировать самосборку сложнейших структур — от крошечных механизмов до систем доставки лекарств.

Именно эту способность и взяли за основу специалисты Института биоконструкций при Университете штата Аризона. Команда под руководством доктора Джона Чапута (John Chaput) не стала ограничиваться природной ДНК, а пошла дальше: они синтезировали её искусственный аналог, заточенный под нужды нанотехнологов. Результаты работы опубликованы в Journal of American Chemical Society.

ГНК: проще по составу, богаче по возможностям

Новую макромолекулу назвали ГНК — глицериннуклеиновая кислота. Химически она устроена иначе, чем ДНК: вместо дезоксирибозы — углевода с пятью атомами углерода в скелете — использован глицерин, простейший углевод, содержащий всего три атома углерода. Казалось бы, упрощение остова должно обеднить функционал, но вышло наоборот.

Синтез ГНК, по словам разработчиков, не представляет особой сложности и проходит в три стадии. Полученная молекула, как и ДНК, способна к репликации — это ключевое свойство сохранено. Однако есть и принципиальное отличие. Природная ДНК всегда воспроизводит идентичную с точки зрения пространственной структуры копию — так называемую правоспиральную форму. ГНК же может создавать и зеркально-симметричную копию. Это открывает путь к построению наноструктур, которые раньше были попросту немыслимы: зеркальные формы могут обладать иной стабильностью, иначе взаимодействовать с окружением и собираться в более сложные ансамбли.

Термостойкость и другие бонусы

Помимо способности к зеркальной репликации, у ГНК обнаружилась улучшенная термическая устойчивость. Для нанотехнологий это критически важно: конструкции из природной ДНК чувствительны к нагреву и легко разрушаются, что ограничивает их применение. Искусственный аналог обещает быть более выносливым. Исследователи также отмечают ряд других интересных физических и химических свойств ГНК, хотя детали в первоначальной публикации не раскрываются.

Сейчас в США активно изучают топологию и типы структур, которые способны образовывать молекулы ГНК. Фактически учёные только начали картографировать «архитектурные возможности» нового материала. Если результаты оправдают ожидания, мы стоим на пороге эпохи, когда наноустройства будут собираться не из хрупкой ДНК, а из её более гибкого и прочного синтетического собрата.

При чём здесь деспот?

Эпиграфом к этой истории можно было бы поставить цитату японского писателя Акутагавы Рюноскэ: «Называть деспота деспотом всегда было опасно. А в наши дни…» Фраза, оборванная на полуслове, звучит как предостережение — и в контексте создания искусственных ДНК приобретает неожиданный оттенок. Природа миллиарды лет оставалась единоличным «деспотом», диктующим правила молекулярной архитектуры. Назвать её ограничения устаревшими и предложить альтернативу — шаг дерзкий, почти бунтарский. И, как любой вызов устоявшемуся порядку, он несёт не только надежды, но и риски, которые нам ещё предстоит осознать.

Кстати, поиск жизни за пределами Земли тоже всё чаще отходит от шаблона «ищи ДНК». Как мы уже писали в материале «Химический след жизни не зависит от ДНК — и это можно проверить», астробиологи предлагают ориентироваться не на конкретную молекулу, а на химические изменения в среде, которые оставляет любая самовоспроизводящаяся система. Создание ГНК — ещё одно подтверждение того, что жизнь или её технологические аналоги могут базироваться на совершенно иных молекулярных каркасах. И если когда-нибудь мы обнаружим на другой планете не ДНК, а нечто вроде ГНК, это не будет означать, что мы ошиблись — скорее, что мы наконец перестали мерить вселенную по себе.