Том 11, № 3

О том, что существует ДНК известно уже 150 лет, с 1944 года стало ясно, что в ДНК кодируется наследственная информация, передающаяся потомкам, а в 1953 году было выяснено, что ДНК имеет двухцепочечную структуру, удерживаемую водородными связями, возникающими между комплементарными азотистыми основаниями. За последующие годы осуществлены огромные прорывы в познании организации и функционирования ДНК как биологической макромолекулы, включая определение ее первичной структуры. Получены убедительные доказательства, что ДНК за счет ее огромного (био)разнообразия и бесчисленных перестановок нуклеотидов можно считать истинно цифровой молекулой. Однако возможность небиологического применения ДНК и попытки его реализации насчитывают меньше трех-четырех десятилетий и основной толчок им дал все же подход с молекулярными вычислениями или иначе ДНК-компьютинг. Появившиеся затем ДНК-криптография и ДНК-стеганография привлекли значительное внимание исследователей по всему миру, и было предложено немало способов кодировки азотистыми основаниями небиологической информации в виде букв английского алфавита и прочих символов, большая часть которых рассмотрена в данной статье. Другое интересное направление небиологического использования молекул ДНК представляет собой разработку различных способов кодирования информации для ее долговременного хранения в молекулах ДНК, чему в данной статье уделено значительное внимание. Описаны также исторические аспекты давних предложений по использованию молекул ДНК в качестве носителей компьютерной памяти, где благодаря М.С. Нейману приоритет за нашей страной.

Проводимые исследования, так или иначе связанные с CRISPR/Cas-локусами, настолько разнообразны, что все что вокруг них делается впору называть «Мир CRISPR/Cas» или даже «Вселенной CRISPR/Cas», и это не будет преувеличением. В данном обзоре затронута лишь небольшая их часть с акцентом на растительные организмы. При этом кратко описаны различные методологические новшества как разных этапов геномного редактирования и его различных вариантов в виде нокаутного редактирования (KO), нокин-редактирования (KI), редактирования отдельных азотистых оснований в составе ДНК (ABE и CBE) и РНК (RBE), прайм-редактирования (PE), так и использования CRISPR/Cas-систем для других целей, включая высокочувствительную детекцию специфичных фрагментов нуклеиновых кислот, как при помощи методов амплификации, так и без оных.

В статье приведены основные вехи в ДНК-криминалистике. Дана краткая историческая справка о развитии подходов к ДНК-идентификации личности, делая акцент на современном состоянии дел в этой области. Главное внимание уделено появлению и формированию криминалистических баз данных ДНК и их распространению по миру. Отдельный интерес проявлен к перспективам организации универсальных баз данных ДНК, охватывающих все население, в связи с чем вопросы ДНК-цифровизации и используемый тип полиморфизма человеческого генома выходят на передний план. Продемонстрирован крайне низкий уровень цифровизации первичных данных при использовании STR-локусов, особенно ярко проявляющий себя при применении методов массивного параллельного секвенирования ДНК новых поколений, тогда как однонуклеотидный полиморфизм имеет высочайший уровень ДНК-цифровизации и позволяет формировать высокоорганизованные базы данных с четко фиксированными границами. Рассмотрены также этические стороны ДНК-регистрации населения и будущее ДНК-криминалистики в связи с функционированием соответствующих баз данных.

Известно, что российские ученые принимали участие в исследованиях нуклеиновых кислот с самых ранних этапов, однако обобщенного в одной статье рассмотрения их вклада ранее сделано не было и в данной публикации этот пробел заполняется. Так, к открытию 150 лет назад Ф.Мишером нуклеина до некоторой степени причастен российский ученый Н.Любавин, поскольку он оказался среди тех, кому засомневавшийся в существовании нового богатого фосфором вещества Ф.Гоппе-Зейлер поручил перепроверить этот результат. И пусть Н.Любавину достался объект, заведомо не содержащий в ощутимых количествах нуклеиновые кислоты (молоко), некоторые удовлетворившие Ф.Гоппе-Зейлера данные он все же получил. Вернувшись в Россию, Н.Любавин провел еще ряд экспериментов с «молочным» нуклеином. Проходивший тогда же стажировку в лаборатории Ф.Гоппе-Зейлера другой россиянин И.Оболенский, изучая муцин, попытался выделить нуклеин из своего объекта, но безуспешно. Очень большой цикл работ по изучению нуклеиновых кислот выполнил родившийся в России американский биохимик Ф.А.Левин / P.A.T.Levene. Ф.Левин предложил два основных термина для описания и характеристики нуклеиновых кислот – нуклеозид и нуклеотид. Им установлен углеводный компонент дрожжевой (растительной) нуклеиновой кислоты в виде рибозы, выяснено наличие фосфодиэфирной связи. Совместно с россиянином Е.С.Лондоном им определен углеводный компонент тимонуклеиновой кислоты, оказавшийся дезоксирибозой. К сожалению, Ф.Левиным была выдвинута ошибочная тетрадная гипотеза организации нуклеиновых кислот, отрицательно сказавшаяся на прогрессе в их изучении. Профессор П.Ф.Миловидов выполнил большой цикл исследований по цитохимии растительного ядра, используя реакцию Фельгена, выявляющую дезоксирибозу и, следовательно, тимонуклеиновую кислоту. Значительный вклад в изучение нуклеиновых кислот внес академик А.Н.Белозерский, который окончательно снял вопрос о неверном представлении в виде существования растительных и животных нуклеиновых кислот, поскольку последние были им выявлены и выделены как вещества из растений разных видов. Важную роль А.Н.Белозерский сыграл в обнаружении у бактерий нуклеиновых кислот обоих типов – пентозного (РНК) и дезоксипентозного (ДНК). Относительно небольшое участие в ранних исследованиях нуклеиновых кислот приняли еще два академика - С.П.Костычев и А.А.Имшенецкий. Академик Императорской академии наук Нобелевский лауреат И.П.Павлов также оказал содействие в установлении наличия дезоксирибозы в тимонуклеиновой кислоте, которую благодаря этому через какое-то время стали называть ДНК.

ДНК – бесспорно самая главная биологическая макромолекула и ее первоначальное обнаружение в виде богатого фосфором соединения, совершенного молодым швейцарским биохимиком Ф.Мишером 150 лет назад в ядрах из лейкоцитов гноя, и названного нуклеином, а также открытие усилиями Дж.Уотсона и Ф.Крика пространственной структуры этой молекулы в виде двойной спирали являются важнейшими событиями в биологической науке прошлого и позапрошлого веков. В данной исторической статье описаны малоизвестные моменты, сопровождавшие оба эти открытия.

150 years ago, in October 1869, Friedrich Miescher completed his work on one of the great scientific discoveries of our time; the isolation and identification of DNA, “Nuclein”, as a central cellular component. However, just how important DNA is in the biology of the cell would not be demonstrated for another 75 years, when in 1944 Avery, MacLeod and McCarthy showed that it is the molecule of inheritance. From here, DNA rapidly went on to capture the scientific and public imagination and over the next 75 years became integral to our understanding of life. Yet the man who first discovered it still lingers in relative obscurity, often not even remembered by scientists who work closely with nucleic acids. On this sesquicentennial anniversary, we look back to just how this monumental discovery was accomplished, who the man behind it was, and how he tried to understand Nuclein’s role in the cell in the context of his day. Perhaps now is the right time for Miescher’s legacy to return to the spotlight.

Дана краткая характеристика тематического номера, посвященного юбилейной дате открытия ДНК в виде богатого фосфором соединения, обнаруженного в ядрах из лейкоцитов гноя молодым швейцарским биохимиком Фридрихом Мишером 150 лет назад и названного нуклеином. Помимо малоизвестных страниц ранней истории изучения нуклеина и открытия двойной спирали ДНК, значительное внимание в тематическом номере уделено результатам исследований этой крайне важной биополимерной молекулы последних лет, включая ее небиологическое применение.