?

Log in

No account? Create an account

Создан первый полусинтетический организм с шестью основаниями

Создан первый жизнеспособный полусинтетический организм с шестью основаниями

Натуральный генетический алфавит земной жизни ограничен двумя парами оснований аденин-тимин (A-T) и гуанин-цитозин (G-C). Всё многообразие жизни на планете программируется, копируется и воспроизводится с помощью цепочек ДНК, образованных всего четырьмя азотистыми основаниями нуклеотидов.
Так было до 2014 года, когда учёные из Научно-исследовательского института Скриппса сконструировали первый живой организм с шестью основаниями на базе бактерии E.coli. Две основные пары A, T, G и C дополнили синтетической парой X и Y, которая функционирует вместе с природными.

Теоретически, такие организмы способны хранить и передавать больше информации через ДНК, чем обычные организмы. И это открывает двери для достижения фундаментальной цели синтетической биологии: создания новых жизненных форм и новых синтетических функций в существующих организмах.

Разработка синтетической пары оснований X и Y продолжалась более 15 лет и завершилась успехом в 2014 году, когда учёные доказали принципиальную совместимость синтетической пары оснований с жизнью. Они модифицировали транспортер нуклеотидов (nucleotide transporter) — инструмент, который помогает трифосфатам синтетической базовой пары переноситься через клеточную мембрану. Таким образом, теоретически живой организм мог расти и размножаться, сохраняя и копируя ДНК с натуральными и синтетеческими основаниями из клетки в клетку.

В 2014 году было сделано принципиальное доказательство концепции (PoC). Для полноценного программирования полусинтетических организмов нужно, чтобы синтетические основания можно было внедрить в любое место и в любом контексте окружающих оснований, и чтобы они надёжно там сохранялись при росте и размножении клеток.

К 2016 году авторы работы внесли необходимые изменения в транспортер нуклеотидов, а также сделали небольшие изменения в основании Y. В итоге, они решили все поставленные задачи с нормальным ростом и размножением полусинтетических бактерий, сохраняя в любом месте цепочки базовые пары X и Y. В новом виде синтетические основания лучше распознаются ферментами, которые синтезируют молекулы ДНК во время репликации ДНК, что упрощает процесс копирования синтетических базовых пар при делении клеток.

Учёные креативно использовали популярную технику генного редактирования CRISPR-Cas9. Как известно, в живых организмах этот иммунный механизм предназначен для вставки в геном фрагментов, которые соответствуют сигнатурам вирусов-«вредителей» в иммунной системе, чтобы организм мгновенно реагировал на появление этих вредителей (иммунный ответ). Так вот, учёные спроектировали бактерию таким образом, что она воспринимает клетку с ДНК без оснований X и Y как «вредителя», который мгновенно уничтожается. То есть у этого организма своеобразный врождённый иммунитет к потере синтетических оснований. Это значительно упростило задачу сохранения X и Y и сделало новую полусинтетическую жизнь действительно устойчивой в долговременной перспективе.

В лабораторных условиях полусинтетическая ДНК осталась неизменной после 60 делений бактерии. Это дало учёным основания полагать, что она способна сохраняться бесконечно. «Мы решили проблему на фундаментальном уровне», — сказал Брайан Ламб (Brian Lamb), один из авторов научной работы, который сейчас проводит научные исследования для коммерческой компании Vertex Pharmaceuticals.
Таким образом, сконструирована первая в истории науки стабильная полусинтетическая жизненная форма, теоретически способная синтезировать принципиально новые протеины. Это означает, что инженеры могут теперь манипулировать любыми жизненными процессами.

В новой инкарнации полусинтетическая бактерия E.coli стала гораздо более приспособена к реальной жизни. Теоретически, эта жизненная форма может размножаться, мутировать и эволюционировать, как все живые организмы.
По мнению биоинженеров, развитие синтетической биологии поможет человечеству решить многие актуальные практические задачи: получить биотопливо из водорослей, бактериальное электричество, новые диагностические препараты, синтетические вакцины, бактериофаги и пробиотики для борьбы с инфекциями, повысить продуктивность и устойчивость культивируемых растений и животных.

Учёные объясняют, что эксперименты с новыми основаниями ДНК безопасны, ведь синтетические основания X и Y не встречаются в живой природе, поэтому вряд ли могут выйти из-под контроля.
https://geektimes.ru/post/285270/

http://www.pnas.org/content/114/6/1317.abstract

Comments