Центральная догма всё. Но это не точно.

Более полувека центральная догма молекулярной биологии утверждала, что генетическая информация может передаваться только от нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) к белкам, но не наоборот. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Science, немного корректирует это представление. Группа исследователей из Стэнфордского университета под руководством Алекса Гао выяснила, что бактериальная защитная система DRT3, состоящая из двух обратных транскриптаз (Drt3a и Drt3b) и одной некодирующей РНК, синтезирует двуцепочечную ДНК абсолютно нетрадиционным способом.

Используя комплекс методов — от биохимической очистки и секвенирования до криоэлектронной микроскопии с разрешением 2,6 Å, — учёные смогли восстановить трёхмерную структуру рибонуклеопротеинового комплекса DRT3. В результате было обнаружено, что две обратные транскриптазы работают по совершенно разным принципам. Drt3a действует «по правилам»: она использует консервативный участок ACACAC в собственной некодирующей РНК как матрицу для синтеза поли(GT)-цепи. А вот Drt3b творит невероятное: она синтезирует комплементарную поли(AC)-цепь ДНК вообще без какой-либо нуклеиновой кислоты-матрицы. Авторы работы сравнили это с тем, как если бы каменщик строил стену, не глядя на чертёж, а руководствуясь исключительно формой и цветом каждого кирпича, заданными самой стеной.

Важно отметить, что механизм Drt3b оказался удивительно изощрённым. Вместо того чтобы использовать традиционное матричное копирование, белок сам выступает в роли матрицы: его консервативные аминокислотные остатки — особенно глутаминовая кислота в положении 26 (Glu26) и аргинин в положении 253 (Arg253) — формируют специфические водородные связи и катион-π взаимодействия с азотистыми основаниями аденина и цитозина. Кроме того, синтезируемая цепь ДНК укладывается в активном центре не прямой, а изогнутой «кирпичной кладкой», что позволяет белку жёстко диктовать строгое чередование A и C. В отличие от ранее известных случаев белок-матричного синтеза (например, добавление CCA-хвоста тРНК или работа транслезионной полимеразы Rev1), которые дают только очень короткие последовательности, Drt3b способна производить ДНК длиной в тысячи пар оснований.

Новое открытие имеет большое значение для фундаментальной биологии и биотехнологии. Во-первых, оно показало существование нетрадиционного потока генетической информации — от белка к нуклеиновой кислоте, что бросает вызов устоявшимся представлениям. Во-вторых, система DRT3 является изощрённым механизмом антифаговой защиты: активируясь фаговым белком ST61, она запускает синтез токсичной повторяющейся ДНК, что приводит к гибели заражённой бактериальной клетки и предотвращает распространение инфекции — стратегия, называемая «абортивной инфекцией». В-третьих, с практической точки зрения, открытие открывает фантастические перспективы для синтетической биологии: если учёные смогут перепрограммировать Drt3b на синтез не только AC-повторов, но и других заданных последовательностей, это станет революционным инструментом для бесклеточного ферментативного синтеза ДНК без шаблона.

Т.ч., центральная догма молекулярной биологии, хоть и остаётся справедливой для большинства процессов, получила первое серьёзное исключение.