Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН (ИХБФМ СО РАН) создали уникальные флуоресцентные производные нуклеиновых кислот — модифицированные ДНК и РНК, способные светиться при облучении. Об этом сообщили в пресс-службе Российской академии наук.
Нуклеиновые кислоты, такие как ДНК и РНК, — это биополимеры, несущие генетическую информацию. Модификация этих молекул — замена или дополнение химических групп — давно используется для придания им новых свойств.
Ранее исследователи работали с фосфорилгуанидинами, но этот класс оказался ограниченным в применении. Тогда был разработан новый подход: синтез фосфорамидных азольных олигонуклеотидов — коротких фрагментов ДНК, которые легко и эффективно производятся на автоматическом синтезаторе.
На первом этапе выяснилось, что эти модифицированные молекулы улучшают метод ПЦР (полимеразной цепной реакции), делая его более специфичным. Особенно это касается аллель-специфичной ПЦР — когда нужно выявить конкретную точечную мутацию в гене. Ученые уже продемонстрировали возможность обнаружения однонуклеотидных замен, связанных с раком, что может помочь в прогнозировании заболевания и подборе оптимальной терапии.
Однако настоящим прорывом стало дальнейшее развитие — добавление третьего кольца к бензоазольной части молекулы. Это привело к появлению флуоресцентных свойств. Новые производные светятся при облучении светом определенной длины волны.
Благодаря свечению их можно применять в генетических анализах: по изменению интенсивности флуоресценции в образце можно определить, присутствует ли в нем целевая последовательность ДНК или РНК. Такой подход основан на гибридизационном анализе — когда один фрагмент (нанозонд) соединяется с комплементарной цепью.
Это открывает перспективу создания биосенсора, который будет работать прямо у постели пациента. 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, в том числе мутаций, связанных с онкологией.
Кроме диагностики, модифицированные нуклеиновые кислоты могут использоваться и в терапии. Они уже применяются в виде олигонуклеотидных препаратов. В частности, благодаря архитектурным изменениям можно улучшить доставку лекарств в клетки, продлить циркуляцию молекул в организме, снизить иммуногенность и повысить направленность действия.
Проект реализуется при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) № 23-14-00358 «Синтез, физико-химические и молекулярно-биологические свойства олигодезоксирибонуклеотидов, несущих замещенные азольные фосфорамидные группы». Дополнительно работа проходит в рамках государственной программы «Десятилетие науки и технологий».
Выполненный синтез азольных фосфорамидных олигонуклеотидов является первым в мировой практике. Ученые СО РАН раньше всех создали этот класс модификаций, расширив возможности синтетической биологии.
Помимо медицинской диагностики, такие нуклеиновые кислоты могут использоваться в ветеринарии и растениеводстве для выявления патологий у животных и растений, а также при селекции.
Недавно ученые разработали диагностический нано-зонд, который будет сообщит о раковых клетках желтым светом.
