Frankensteini mikroob toodab valku

Kahe kunstliku DNA alusega bakterid toodavad uusi aminohappeid

Roheline kuma näitab, et need bakterid on translateerinud nende kahe kunstliku aluse geenikoodi abil aminohapeteks ja valguks. © Bill Kiosses / Scrippsi uurimisinstituut
ettelugemist

Manipuleeritud elu: esimest korda kasutas bakter, millel oli kaks täiendavat kunstlikku DNA alust, neid aminohapete ja valgu valmistamiseks. Poolsünteetiline mikroob muutis aluste X ja Y ümber rikastatud geenikoodi aminohapeteks, mida see tavaliselt ei suuda toota, nagu väidavad teadlased ajakirjas "Nature". Nad mitte ainult ei laiendanud elu tähestikku neljalt kuuele tähele, vaid kasutasid seda ka esimest korda praktiliselt.

Maakera elu algusest saadik on loodus oma elutähestiku jaoks kasutanud nelja tähte: kõigi organismide DNA-s sisalduvat geneetilist teavet kodeerivad neli DNA alust - guaniin, tsütosiin, tümiin ja adeniin. Kuid juba aastal 21014 suutsid Californias asuva Scrippsi instituudi teadlased seda elukoodi laiendada. Nad panid soolebakteri Escherichia coli genoomi veel kaks tehislikku alust - X ja Y.

"Frankensteini" mikroob toodab valke

Selle aasta alguses tegi Floyd Romesberg ja tema meeskond järjekordse läbimurde: genoomis sisalduva kuue geneetilise tähega poolsünteetilised bakterid andsid kunstlikele DNA alustele oma järglastele. Iga rakujagunemine andis uued "Frankensteini" mikroobid.

Nüüd on meeskond teinud ka viimase, otsustava sammu: nad panid kaks tehislikku DNA alust oma bakteri valke kodeerivatesse geenidesse - ja panid nad nendest manipuleeritud ehitusjuhistest tootma täiesti uusi looduslikult mitte esinevaid aminohappeid. Need ehitasid rakud pool kunstlikuks valguks.

"Ma ei nimetaks seda veel uueks eluvormiks, vaid lähedasemaks kui miski varem loodud, " ütleb Romesberg. "See on esimene kord, kui rakk on tootnud valku, mis põhineb muudel kui G, C, A ja T."

Kunstlik aluspaar XY muundati kõigepealt RNA-ks, seejärel uueks aminohappeks. See lisati valku. Dennis Sun / Mezarque Design

Transkriptsioon ja tehiskoodonid

Geenist valgu saamiseks peab rakk tegema kaks translatsiooni etappi. Transkriptsiooni esimeses etapis kopeeritakse DNA aluskood transport-RNA-le. See viib raku tuuma geeniehituse juhised raku valguvabrikutesse, ribosoomidesse. Pooltehnilised bakterid viisid selle sammu ka lõpule - nad kopeerisid nii kaht kunstlikku alust kui ka looduslikke.

Teises etapis, translatsioonis, dešifreeritakse geneetiline kood: kolm järjestikust alust tähistavad iga konkreetset aminohapet. Nende koodonite järjestus määrab seega toodetud valgu struktuuri. DNA koodi laiendamine manipuleeritud bakteris tekitas koodoneid, mida looduses ei eksisteeri.

Translatsioon mittekanoonilisteks aminohapeteks

Sellegipoolest loevad bakteri ribosoomid neid ebaloomulikke koodoneid. Nad valmistasid aminohappeid, mis ei kuulunud valkudes kasutatava 20 aminohappe tavapärasesse kaanonisse. Need mittekanoonilised aminohapped ühendasid seejärel bakterid "normaalsete" aminohapetega, moodustades rohelise fluorestsentsvalgu.

"Elu algusest saadik on valke toodetud koodonite dešifreerimisel nelja aluse tähestikus, " ütlesid teadlased. "Oleme nüüd näidanud, et laiendatud geneetilisel tähestikul põhinevaid uusi koodoneid saab kasutada mittekanooniliste aminohapete lisamiseks valkudesse. See on väike muudatus elu toimimises - kuid see on esimene läbi aegade. "

DNA-s nelja aluse asemel kuus - Synthorx

"Uute eluviiside platvorm"

See on esimene kord, kui teadlased on loonud organismi, mille geneetiline teave ei kasuta mitte ainult laiendatud tähestikku - selle teabe põhjal toodab ta ka täiesti uusi molekule. "Sellised organismid võiksid olla platvormiks uute eluvormide ja funktsioonide loomiseks, " väidavad teadlased.

Näiteks saaks tavalise 20 asemel kuue DNA alusega DNA-st toota 152 erinevat aminohapet. Avaldamata eksperimendis on teadlased juba kasutanud oma kunstlikke aluseid Bakterid mõjutada antibiootikume. Samuti oleks võimalik toota ravimeid, mis on paremini talutavad või kergemini lagunevad. "Tunnen end pisut nagu laps kommipoes, " ütleb Romesberg.

Oht loodusele?

Isegi nende "Frankensteini" mikroobide varasemad versioonid tõstatasid küsimuse, kui riskantsed on sellised manipulatsioonid elukoodeksile. Kas sellisel viisil saaks luua soovimatuid organisme, mis pole enam kontrollitavad? Mis juhtub, kui sellised poolsünteetilised bakterid satuvad keskkonda ja võivad seal paljuneda?

Seda ohtu pole, rõhutage Romesberg ja tema kolleegid. Kuna nende poolsünteetiline bakter suudab toota vaid kahte tehisbaasi, kui see on kindel, siis looduses neid toitaineid ei esine. Nende puudumisel ei toodeta X- ja Y-aluseid järgmises põlvkonnas ning geneetiline kood naaseb looduslikku olekusse. (Loodus, 2017; doi: 10.1038 / loodus24659)

(Scripps Research Institute, 01.12.2017 - MTÜ)