Вчені створили синтетичну кишкову паличку з мінімальним геномом

Група дослідників з Лабораторії молекулярної біології Медичної дослідницької ради у Великій Британії створила синтетичну бактерію кишкової палички Escherichia coli з використанням всього лише 57 з 64 “кодонів” у геномі. 

Код живих організмів включає в себе 64 різних кодони, кожен з яких складається з триплету нуклеотидів. Саме довгі ланцюги з потрійних кодонів складають ДНК та РНК людини. 

Вони надають клітинам в організмі ключові інструкції з перетворення звичайної матерії на будівельні блоки життя — амінокислоти, які вишиковуються у певній послідовності, утворюючи білки. Коли клітина будує білки, вона “зчитує” послідовність кодонів, записану з використанням цих 64 триплетів нуклеотидів, щоб дізнатися, які амінокислоти додавати наступними і коли зупинитися. 

Всі живі організми можуть створювати необхідні їм білки всього з 20 амінокислот, а це означає, що багато кодонів є синонімічними дублікатами. Створена британськими дослідниками синтетична кишкова паличка, що отримала назву Syn57, позбавлена деяких з цих, здавалося б, надлишкових кодонів. 

Створивши весь геном з нуля, дослідники вирішили виключити чотири із шести кодонів, пов’язаних з амінокислотою серином, два з чотирьох кодонів аланіну та один стоп-кодон. У тих випадках, коли ці надлишкові кодони зустрічалися в геномі бактерії, дослідники замінювали їх на синонімічні кодони, що містять ті ж інструкції.

Для цього знадобилось внести понад 101 тис. змін у генетичний код. Спочатку їх розпланували на комп’ютері фрагментами по 100 кілобайт, а потім почалася кропітка робота зі збирання гена. Щоб переконатися, що вони не вносять до мікробів принципово шкідливих змін, група дослідників поступово тестувала невеликі фрагменти синтетичного геному на живих бактеріях, зрештою зшиваючи їх разом і формуючи кінцевий, повністю синтетичний штам.

Це масштабне починання, яке показує, що життя може існувати навіть за суттєво стисненого генетичного коду. Крім того, воно потенційно звільняє кодони, що залишилися, для виконання інших функцій. 

Оскільки “неканонічний” генетичний код Syn57 має бути незрозумілим для реальних мікробів, включно із вірусами, які діють, перехоплюючи виробництво клітинного білка, ця бактерія має бути здатна протистояти зараженню. Це може допомогти знизити витрати, пов’язані з промисловим “вирощуванням” бактеріальних білків, де спалахи вірусів є серйозною проблемою. Цей цілком незрозумілий для реальних організмів геном може також ефективно стерилізувати генетично модифіковані бактерії, що є привабливою перспективою для вирішення проблем, пов’язаних із проникненням модифікованих генів у природне середовище. 

Результати дослідження опубліковані у журналі Science

Джерело: Science Alert