Оливер Зайтц (Oliver Seitz) и Александер Ролофф (Alexander Roloff) из берлинского Университета Гумбольта разработали методику, позволяющую использовать небольшие количества ДНК для химии, управляемой ДНК.

Химия, управляемая ДНК, используется в самых разнообразных практических приложениях, таких как синтез нанопроводов или поглотителей света для скрининга лекарственных препаратов и медицинской диагностики.

Эти применения основаны на реакциях лигатирования ДНК – процессов, в которых происходит связывание двух молекул. Тем не менее, выделение из биологического образца достаточного количества ДНК представляет собой непростую задачу – живые организмы как правило производят лишь небольшое количество ДНК, и даже эта ДНК при выделении из природных источников может быть повреждена.

Способом решения проблемы доступности ДНК является полимеразо-цепная реакция (ПЦР). В реакции ПЦР фермент полимераза способствует клонированию ДНК, содержащейся в небольшом образце, в результате чего появляется возможность получить большое количество копий этой ДНК.

Метод ПЦР отличается высокой точностью и эффективностью.

Рис. 1. Образец ДНК, подвергшийся процедуре
нативного химического лигатирования, в
полимеразо-цепной реакции. (Рисунок из Chem. Sci.,
2012, DOI: 10.1039/c2sc20961f).

Исследователи из группы Зайтца использовали нативное химическое лигатирование [native chemical ligation (NCL)], которое применяется в химических превращениях белков. Процедура NCL отличается исключительно высокой хемоселективностью, ее можно быстро осуществить, и она может применяться к образцу, в составе которого имеются самые различные функциональные группы.

Зайтц поясняет, что исследователи привили к ДНК соответствующие функциональные группы, которые могут управлять лигатированием, получив в результате этой операции пептиднуклеиновые кислоты [peptide nucleic acids (PNA)]. Коньюгаты пептдннуклеиновых кислот способствуют распознаванию и связыванию с ДНК-шаблоном, что позволяет сблизить реагенты и ДНК для начала процесса лигатирования. При этом без ДНК-шаблона молекулы пептиднуклеиновых кислот не принимают участие в реакции лигантирования.

Обычно для начала реакции требуются сравнительно большие, наномолярные количества ДНК. Химические процессы, управляемые ДНК, также затрудняет то обстоятельство, что продукт таких реакций может выступать в качестве ингибитора. Зайтц поясняет, что

продукт лигатирования, как правило, более объемный, чем исходные соединения, может связываться с шаблоном с большей эффективностью, блокируя возможность получения новых продуктов на основе этого шаблона.

У исследователей появилась мысль совместить лигатирование, управляемое ДНК, с амплификацией материала в ходе ПЦР-реакции – такая комбинация позволяет использовать гораздо меньшее количество ДНК-шаблона. Процесс ПЦР освежает количество доступного ДНК-шаблона, при этом протекает большее количество реакций лигатирования, и эффект ингибирования снижается.