Ученые разработали бактерию с самым компактным и измененным генетическим кодом из всех известных на Земле. Этот синтетический штамм Escherichia coli, названный Syn57, был создан таким образом, что для построения своего организма он использует только 57 из 64 существующих кодонов — элементов генетического кода, которые служат основой жизни для всех известных организмов на протяжении миллиардов лет.
Генетический код жизни записан с помощью 64 кодонов, каждый из которых состоит из трех нуклеотидов. Именно эти последовательности «трехбуквенных» кодонов формируют ДНК и РНК, предоставляя клеткам инструкции для сборки аминокислот — строительных блоков белков. Однако в этой системе есть дублирующиеся элементы: поскольку все живые организмы используют лишь 20 аминокислот, многие кодоны выполняют одну и ту же функцию.
Syn57 лишен некоторых из этих избыточных кодонов. Хотя другие научные группы уже работали над подобными проектами, команда из Лаборатории молекулярной биологии Совета по медицинским исследованиям (Великобритания) впервые добилась сокращения генома до 57 кодонов, побив предыдущий рекорд в 61 кодон.
Для этого ученые полностью переработали геном бактерии, удалив четыре из шести кодонов, связанных с аминокислотой серином, два из четырех кодонов аланина и один стоп-кодон. Везде, где в геноме встречались эти избыточные элементы, исследователи заменяли их синонимичными кодонами, дающими те же инструкции. В общей сложности было внесено более 101 000 изменений.
Сначала изменения были смоделированы на компьютере, после чего началась кропотливая работа по сборке генома. Чтобы убедиться, что модификации не навредят бактерии, ученые тестировали небольшие фрагменты синтетического генома в живых клетках, постепенно объединяя их в окончательную версию.
«Были моменты, когда мы думали: “Будет ли это тупиком или мы доведем дело до конца?”» — признался синтетический биолог Уэсли Робертсон, один из ведущих авторов исследования.
Этот проект демонстрирует, что жизнь может существовать с сильно упрощенным генетическим кодом. Кроме того, освободившиеся кодоны теперь можно использовать для других целей.
«Syn57 предоставляет больше возможностей для введения неканонических аминокислот, что позволит еще больше расширить генетический код», — отмечают исследователи. Это открывает перспективы для создания новых синтетических полимеров и макроциклов.
Еще одно важное преимущество Syn57 — его устойчивость к вирусам. Поскольку синтетический геном несовместим с естественными микроорганизмами, бактерия становится неуязвимой для вирусных инфекций, что может снизить затраты на промышленное производство бактериальных белков, где вирусные вспышки являются серьезной проблемой.
Кроме того, измененный геном делает бактерию «стерильной» с точки зрения передачи генов в природную среду. «Мы можем предотвратить утечку генетической информации из нашего синтетического организма», — пояснил Робертсон.
«Эта работа показывает, как синтез генома может вывести последовательности ДНК в новые области, которые не были затронуты естественной эволюцией», — подводят итог ученые.
Исследование было опубликовано в журнале Science.
Комментарии (0)