Редактирование РНК и его значение

К редактированию РНК относят процессы инсерции, делеции и внесения нуклеотидных замен; сплайсинг, полиаденилирование и деградацию рассматривают как отдельные от этого процесса явления. Превращение аденозина в инозин с участием белков ADAR – наиболее распространённый путь редактирования мРНК у млекопитающих. Сходная замена характерна и для тРНК, но за это отвечают белки семейства ADAT, более древнего, чем ADAR, найденного ещё у прокариот, но родственного ADAR. Известны и другие варианты редактирования: встраивание в пре-мРНК уридина с участием малых гидовых РНК в митохондриях, встраивание цитидина при транскрипции РНК в органеллах, замена цитидина на уридин в пре-МРНК ядерного и митохондриального происхождения, замены гуанозина на аденозин и уридина на цитидин с разрывом цепи. Ниже будет более подробно рассказано о наиболее изученном варианте редактирования – превращении аденозина в инозин путём дезаминирования.

Адресная доставка лекарств с помощью аптамеров

Аптамеры – короткие олигонуклеотиды, связывающиеся со своими мишенями с высокой специфичностью за счёт вторичной и третичной структуры. Они специфичнее антител, их проще синтезировать и химически модифицировать, кроме того они лучше хранятся в лиофилизированном виде, нетоксичны, лучше проникают в ткани благодаря своему малому размеру. Такие молекулы могут быть компонентами терапевтических препаратов – как действующее вещество и как компонент, обеспечивающий адресную доставку. Лекарственные вещества, в состав которых входят аптамеры, могут применяться в терапии рака, инфекционных и воспалительных заболеваний, нарушений свёртываемости крови. Аптамеры могут быть специфичны и к белкам, и к коротким пептидам, и к вирусным капсидам, и сложным молекулярным комплексам. Они  могут обеспечивать селективную доставку интерферирующих РНК, токсинов, химиотерапевтических препаратов, радиоактивных молекул, липосом, вирусных капсидов, ферментов, наночастиц и других терапевтических агентов. Здесь мы остановимся на лекарственных препаратах, представляющих из себя молекулярные комплексы, в которых аптамеры обеспечивают доставку действующего вещества к клеткам.

Вакцины из теплицы - трансгенные растения для профилактики инфекционных заболеваний

Самый эффективный способ борьбы с инфекционными заболеваниями – вакцинация, и более доступные сопоры получения вакцин могли бы значительно расширить их применение. Первые вакцины готовились из убитых или живых, но ослабленных, патогенов. Сейчас такие вакцины тоже используются против ряда заболеваний. Более безопасные вакцины включают в качестве иммуногена 1-2 белка рекомбинантного происхождения, которые нарабатываются в культуре клеток или микроорганизмов и, затем, очищаются. Они гораздо более безопасны, но получить их сложнее. Ещё один, ограничивающий распространение вакцин, фактор – то, что это, в основном, инъекционные препараты, то есть для их введения в организм необходимо, чтобы они были стерильны, а процедура проводилась с участием специалиста, в соответствующих условиях, с использованием одноразовых игл и шприцов. Это увеличивает их стоимость и возможность применения в условиях развивающихся стран. Создание растений, которые могут употребляться как вакцина, облегчит его транспортировку вакцины (соблюдение температурного режима) и её использование. До 90% стоимости вакцины может составлять очистка антигена, если для вакцинации использовать растительное сырьё, не нуждающееся в дополнительной сложной очистке, и поступающее в организм перорально – экономия будет огромна.

Эпигенетические особенности сперматозоида

Сперматозоиды – высокоспециализированные клетки. Одной из их отличительных черт является компактизация генома. Так сокращается общий объём клетки, а ДНК оказывается защищённой от возможных неблагоприятных воздействий в половых путях самки. Особенно важна защита генома, поскольку системы репарации в сперматозоиде неактивны. При созревании сперматозоида метилирование ДНК и набор связанных с ней белков претерпевает значительные изменения, останавливается экспрессия. РНК содержится в сперматозоидах в минимальных количествах, при этом мРНК и рРНК присутствует во фрагментированном виде. Тем не менее, потеря модификаций генома, связанных с ним белков, а также микроРНК сперматозоида, несущих важную эпигенетическую информацию, может серьёзно сказаться на развитии эмбриона.

Пептидо-нуклеиновые кислоты - особенности и возможности

Пептидо-нуклеиновые кислоты, ПНК – синтетические соединения, по структуре подобные олигонуклеотидам. В их основе - скелет, подобный скелету ДНК, где остатки фосфо-рибозы замещены N- (2-амино-этил) глициновыми остатками, связанными этилен-диаминовыми связями. Азотистые основания соединены с глицином метиленовыми мостиками, а расстояние между ними соответствует расстоянию, характерному для ДНК. Благодаря этому ПНК связывает ДНК и РНК с участием водородных связей, однако полученные дуплексы устойчивы к ионам и температуре. Молекулы ПНК незаряжены, они гидрофобны, а, значит, нерастворимы, что ограничивает их возможность проникать в клетку и применение в биотехнологии. Однако их преимуществом является невосприимчивость к ферментативному гидролизу.

Синглетный кислород как сигнальная молекула

Активные формы кислорода опасны для живой клетки, и, со временем, появились механизмы защиты от их воздействия. В то же время, при резком возрастании  концентрации активных форм кислорода под действием внешних факторов или нарушений метаболизма, они становятся сигнальными молекулами, активирующими тот или иной ответ на клетки на стресс. Под их контролем у растений находится активация защитных систем, регуляция деления клеток, а также процессы, лежащие в основе симбиоза с грибами. При стрессе активный кислород вырабатывается в клетке в нескольких формах, в зависимости, в том числе, и от природы повреждающего воздействия. При избыточном освещении,  низких температурах и засухе в пластидах начинает формироваться синглетный кислород. Этот процесс связан, прежде всего, с нарушениями работы транспорта электронов при фотосинтезе под воздействием внешних фактов. Он останавливает рост взрослого растения и вызывает гибель ростка.

"Прирученные" бактериофаги - агенты генного трансфера у бактерий

От 0.05 до 80% генов бактериальных геномов и геномов архей оказались в их составе в результате горизонтального переноса. Главным, определяющим возможность горизонтального переноса, фактором является сосуществование организмов. Даже далеко не близкородственные микроорганизмы могут обмениваться генетической информацией, если они существуют в одном сообществе. Описаны различные способы передачи генетического материала горизонтальным путём. Прежде всего, это захват из окружающей среды, перенос ДНК при конъюгации и трансдукция, перенос генов с участием бактериофагов. При сборке фагов в его частицах могут случайно оказаться фрагменты генома хозяина, так что часть генома фага или весь геном замещаются ДНК микроорганизма. Такая ДНК передаётся новому хозяину и может встроиться в его геном. Недавно был описан ещё один путь распространения генетического материала – перенос ДНК с участием агентов генного трансфера, частиц, похожих на фаговые, однако, содержащих только геномную ДНК сформировавшей их клетки.

Метилотрофы - потребители одноуглеродных соединений

Метаболизм одноуглеродных органических соединений – важная составляющая глобального круговорота углерода. Наиболее распространённое такое соединение – метан, парниковый газ. Также часто оказывается в окружающей среде метанол и метилированные амины, одноуглеродные соединения, включающие галогены и метилированные соединения серы. Это связано не только с промышленным загрязнением, например, метанол, метан и хлорметан выделяются при разложении растительных тканей в анаэробных условиях, ряд таких веществ присутствует и в тканях животных. Метан встречается в залежах угля и нефти, в больших количествах синтезируется метанобразующими бактериями. Микроорганизмы, метаболизирующие одноуглеродные соединения распространены повсеместно, их принято называть метилотрофами. Метилотрофы ассимилируют углерод восстановленных одноуглеродных соединений - формальдегида, муравьиной кислоты и соединений, содержащих метильную группу (СН₃-), например, диметиловый эфир. 

Участие тРНК в синтезе биомолекул и регуляторных процессах.

тРНК состоят из 73–90 нуклеозидов и имеют характерную структуру клеверного листа, включающую D-петлю, T петлю, вариабельную петлю и петлю антикодона. Эта вторичная структура складывается в трёхмерную третичную структуру, в которой сближаются петли T и D. Наиболее изученной функцией тРНК является транспортировка аминокислот к месту синтеза белка и встраивание их в растущую белковую цепь. Будучи в комплексе с аминокислотой, тРНК взаимодействуют с кодонами мРНК и обеспечивая необходимую для образования новой пептидной связи конформацию комплекса. Однако оказалось, что это только часть функций тРНК. Связанные с аминокислотами тРНК участвуют в нерибосомном синтезе пептидов, посттрансляционной модификации белков, модификации фосфолипидов мембран и синтезе антибиотиков. Как в комплексе с аминокислотой, так и без аминокислотного остатка, эти молекулы  выполняют регуляторную функцию, управляя метаболизмом и программируемой гибелью клеток.

Биосенсоры на основе фагов - средство для выявление патогенов в пище.

Инфекционная доза патогенных бактерий, распространяющихся с пищей, мала и составляет порядка 10 клеток. Наиболее распространённые возбудители пищевых инфекций - Campylobacter, Salmonella, Listeria monocytogenes, Escherichia coli (E. coli) O157:H7, Staphylococcus aureus и  Bacillus cereus .При традиционном способе приготовления и употребления пищи такие патогенны погибают при тепловой обработке, но в современном мире риск заболевания растёт из-за большого количества готовых к употреблению продуктов в рационе человека. Ключевые вопросы, которые должны быть учтены при разработке методов для обнаружения пищевых патогенов, это дифференциации живых и мертвых клеток, автоматизация, простота и точность. Далеко не все лабораторные методы отвечают этим требованиям: культуральный метод требует нескольких суток культивирования, а молекулярные и иммунологические методы не всегда позволяют отличить погибшие микроорганизмы от активных. Одним из способов, отличающихся быстротой, специфичностью и способностью различать живые и мёртвые клетки являются разнообразные методики с использованием бактериофагов. Преимуществом бактериофагов является возможность работать в различных условиях, например в широком диапазоне pH, в присутствии нуклеаз и протеолитических ферментов. Как правило, бактериофаги очень специфично распознают клетки своего хозяина, хотя есть и исключения, когда один и ток же фаг может паразитировать в клетках бактерий различных видов. Полный инфекционный цикл фага протекает в течение часов. Всё это позволяет быстро провести оценку наличия патогена в сложных для исследования образцах продуктов питания, в том числе и вне лаборатории, с использованием биосенсоров.