Nghiên cứu của UC San Diego chứng minh enzyme RNA Polymerase phiên mã bảng chữ cái di truyền tám ký tự

Đột phá cấu trúc trong lĩnh vực di truyền học tổng hợp mở rộng

Các nhà nghiên cứu tại University of California San Diego đã chứng minh rằng RNA polymerase ở vi khuẩn, một enzyme tế bào then chốt chịu trách nhiệm phiên mã DNA thành RNA, có thể đọc và phiên mã một bảng chữ cái di truyền mở rộng bao gồm tám ký tự.

Tất cả các sinh vật trên cạn tự nhiên đã biết đều dựa vào hệ thống di truyền bốn ký tự. Những phát hiện mới chứng minh rằng bộ máy tế bào tiêu chuẩn có thể xử lý thông tin di truyền phi tự nhiên, thúc đẩy các nỗ lực lâu dài trong sinh học tổng hợp nhằm xây dựng các hệ thống di truyền mở rộng.

Hình ảnh phân tử và cơ chế hoạt động của enzyme

Để phân tích cách enzyme tương tác với các mã di truyền phi tự nhiên, nhóm nghiên cứu đã kết hợp các xét nghiệm sinh hóa với kính hiển vi điện tử lạnh độ phân giải cao (cryo-EM) nhằm lập bản đồ cấu hình cấu trúc ở quy mô dưới nguyên tử.

Dữ liệu cấu trúc đã ghi lại hình ảnh RNA polymerase từ Escherichia coli (E. coli) khi nó nhận diện và tích hợp hai cặp bazơ nhân tạo. Các hình ảnh cho thấy enzyme này dựa vào các con đường truyền tín hiệu cấu trúc và sinh hóa tương tự như những con đường được sử dụng khi phiên mã các cặp bazơ xuất hiện trong tự nhiên.

Nghiên cứu song hành về các cặp bazơ phi tự nhiên

Nghiên cứu với tiêu đề "Structural Basis of Transcription of the Hachimoji Eight-Letter Alphabet by E. coli RNA Polymerase" do Tiến sĩ Dong Wang, giáo sư tại UC San Diego Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences dẫn dắt, và được xuất bản vào ngày 2 tháng 9 năm 2026 trên tạp chí Nature Communications.

Trong một nghiên cứu liên quan được công bố trên Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), nhóm nghiên cứu quan sát thấy RNA polymerase của E. coli cũng có thể nhận diện một tập hợp cặp bazơ nhân tạo khác thiếu liên kết hydro truyền thống. Mặc dù không có liên kết hydro, các cặp bazơ phi tự nhiên kỵ nước vẫn thúc đẩy thành công sự đóng vòng kích hoạt (trigger loop closure) và hoạt tính xúc tác bên trong enzyme.

Ý nghĩa công nghiệp và trị liệu

Các mã di truyền mở rộng trước đây đã được sử dụng trong nghiên cứu để tổng hợp các phân tử DNA tùy chỉnh có khả năng nhận diện tế bào ung thư gan. Bằng cách thiết lập các thông số cấu trúc cần thiết cho quá trình phiên mã bằng enzyme của các ký tự nhân tạo, các phát hiện này cung cấp một khuôn khổ cho các ứng dụng tương lai trong sinh học tổng hợp, chẩn đoán và phát triển các phương pháp trị liệu mới.