Исследователи из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН создали флуоресцентные производные нуклеиновых кислот. В перспективе их можно будет использовать в биосенсорах для определения мутаций при онкологических заболеваниях и подбора наиболее оптимальной терапии.

Нуклеиновые кислоты — это биополимеры, которые отвечают за хранение, передачу и реализацию генетической информации, к ним относятся хорошо всем известные ещё со школы ДНК и РНК. Учёные уже давно умеют создавать производные нуклеиновых кислот, модифицируя их химически, чтобы наделить определёнными свойствами. Химическая модификация подразумевает замену одних элементов другими, часто более сложными, для того чтобы приспособить нуклеиновую кислоту решать определенные задачи.

«Изначально мы работали с одним типом производных нуклеиновых кислот: фосфорилгуанидинами. Этот класс оказался ограничен, и мы захотели его расширить, придумать, как можно еще модифицировать заместитель. У нас получилось впервые в мире сделать фосфорамидные азольные олигонуклеотиды (короткие фрагменты ДНК. — Прим. ред.), которые просто и эффективно создаются на автоматическом синтезаторе», — рассказывает заместитель директора по научной работе ИХБФМ СО РАН кандидат физико-математических наук Александр Анатольевич Ломзов. 

На первом этапе исследователи выяснили, что полученные ими производные нуклеиновых кислот позволяют улучшить метод ПЦР (полимеразной цепной реакции. — Прим. ред.), сделать его более эффективным и специфичным (то есть избирательным по отношению к выявляемой мутации). Речь идёт о методе аллель-специфичной ПЦР, когда в образце нужно определить наличие конкретного варианта гена. «Это связано с задачей выявления однонуклеотидных замен в ДНК человека, которые ассоциированы с развитием рака. Её решение позволит составить прогноз течения заболевания и выбрать более эффективную стратегию лечения, — поясняет Александр Ломзов. — Мы показали возможность выявления конкретных мутаций, но для всех остальных предстоит ещё большая работа по подбору модификаций, способных сделать подобный анализ более эффективным».

Затем учёные задумались и о том, чтобы создать более сложную модификацию нуклеиновых кислот: добавить третье кольцо в бензоазольную модификацию. Синтезировав такие производные, исследователи обнаружили, что они обладают рядом интересных свойств, в частности флуоресцируют. Способность к свечению при облучении светом определённой длины волны также можно использовать для генетических анализов, например по изменению флуоресценции в образце можно определять, есть или нет в нем определённая последовательность ДНК или РНК. 

«Такие исследования проводятся с использованием другого подхода — гибридизационного анализа (соединения комплементарных последовательностей зонда и искомого фрагмента. — Прим. ред.). Мы способны сделать биосенсор на основе такого флуоресцентного производного нуклеиновой кислоты, который в ряде случаев позволит проводить анализ гораздо проще. По сути, нужен будет только сам образец и зонды, уже не нужно отправлять материал в лабораторию, чтобы провести более сложное и затратное ПЦР-исследование, требующее специального оборудования и реактивов. Исследование можно провести прямо у постели больного», — рассказал А. Ломзов. 

Химически модифицированные нуклеиновые кислоты применяют не только для диагностики, но и для терапии. «В первом случае они используются для генетических анализов, когда важно определить ту или иную мутацию в геноме, — рассказывает Александр Ломзов. — Кроме того, в таком же качестве нуклеиновые кислоты могут быть применены в сельском хозяйстве для выявления различных патогенов животных и растений, а также для ускоренной селекции. Что касается медицины, то на сегодняшний день Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов в США (FDA) на 2025 год одобрено 22 терапевтических препарата на основе олигонуклеотидов для лечения различных заболеваний. Модификации в структуру нуклеиновых кислот вводят, в частности, для улучшения эффективности и адресной доставки препаратов в клетки и ткани, более долгой циркуляции лекарства в организме, снижения иммуногенности и строгой направленности на мишень», — поясняет Александр Ломзов. 

Основная фундаментальная задача при исследовании производных нуклеиновых кислот — это изучение их физико-химических, молекулярно-биологических и биологических свойств. «Сейчас мы работаем над библиотекой производных нуклеиновых кислот: моделируем различные варианты, проверяем возможность их синтеза и в случае успеха изучаем свойства. Существует целый ряд проблем как в фундаментальной, так и прикладной науке, которые до сих пор ещё не решены, и мы надеемся, что наши производные позволят с ними справиться», — резюмировал Александр Ломзов. 

Исследование выполнено в рамках гранта РНФ № 23-14-00358 «Синтез, физико-химические и молекулярно-биологические свойства олигодезоксирибонуклеотидов, несущих замещенные азольные фосфорамидные группы».

Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

Текст: Юлия Позднякова.
Источник: «Наука в Сибири».