Створено перший живий організм з розширеним генетичним алфавітом

Scientists-Engineer-First-Living-Organism-that-Transmits-Added-Letters-in-DNA-Alphabet

Вчені з Дослідницького Інституту Скріппа (The Scripps Research Institute, TSRI) створили бактерію, генетичний матеріал якої включає додаткову пару ДНК літер, які не зустрічаються в природі. Клітини цієї унікальної бактерії в результаті процесу реплікації можуть більш-менш нормально відтворювати неприродні основи ДНК. Як стверджує голова команди дослідників професор TSRI Флойд І. Ромесберґ (Floyd E. Romesberg):

Життя на Землі в усьому своєму різноманітті закодовано лише двома парами основ ДНК – A-T та C-G – і ми створили організм, який містить ці дві пари плюс третю, неприродну пару основ. Це демонструє додаткові можливості збереження (генетичної) інформації і, звісно, підводить нас до “біології розширеної ДНК”, яка буде мати багато інтригуючих практичних застосувань – від нової медицини до нових видів нанотехнологій.

Ромесберґ та його лабораторія з 1990-х років працюють над пошуком пар молекул, які можуть використовуватись в якості нових функціональних основ ДНК і принципово здатні кодувати білки та організми, які ніколи до цього не існували.

Це не проста задача. В будь-якій новій функціональній парі ДНК-основ молекули повинні з’єднуватись так само сильно, як це відбувається в природних парах нуклеозидних основ – аденінтимін та цитозингуанін. Такі нові основи повинні стало вишиковуватись поруч із природними основами в спіралі ДНК. Також вони мають гладко роз’єднуватись та з’єднуватись знову, коли опрацьовуються природною ДНК-полімеразою під час реплікації ДНК та транскрипції в РНК. Що ще дуже важливо, то це необхідність уникнення атаки на зазначені нові нуклеозиди з боку природних механізмів відновлення ДНК з їх подальшим можливим видаленням.

У 2008 році Ромесберґ та його колеги зробили значний крок на зустріч бажаній цілі. В статті, що була опублікована того року, вони описали набори нуклеозидних молекул, які можуть під’єднуватись до подвійної спіралі ДНК майже так само натурально, як природні пари основ, а також показали, що ДНК з цими неприродними парами основ може проходити процес реплікації за умови наявності відповідних ферментів. В роботі наступного року науковці спромоглися знайти ферменти, які здатні перетворити цю напів-синтетичну ДНК в РНК. Втім, ці неприродні пари основ працювали добре тільки в пробірці, але не в набагато більш складному середовищі живої клітини.

В новому дослідженні команда синтезувала плазміду – двох-ланцюжкову круглу молекулу ДНК здатної до автономної реплікації – і вставили її в клітини бактерії E.coli. Плазміда містила природні пари основ T-A та C-G разом із найбільш вдалою парою синтетичних основ із лабораторії Ромесберґа – дві молекули, відомі як d5SICS та dNaM. Мета полягала в тому, щоб змусити модифіковану E.coli відтворюватись якомога більш натурально.

Тих, кого хвилює неконтрольована поява нових форм життя, може обнадіяти найбільша складність цих дослідів: у звичайних клітинах відсутні молекулярні складові для побудови d5SICS та dNaM. Тож аби модифікована E.coli могла відтворювати неприродну ДНК, дослідники повинні були штучно подавати ці складові через рідину за межами клітини. Потім щоб ці складові, відомі також як нуклеозидтрифосфат, потрапили в клітини, необхідно було знайти спеціальні транспортні молекули, які виконають цю роботу. Зрештою дослідником вдалось знайти необхідні трифосфатні транспортери на основі мікроводоростей. Це був визначний етап загальної роботи.

Хоча завершення проекту зайняло ще один рік, більших перепон на шляху не виникало. На свій подив команда виявила, що напів-синтетичні плазміди проходили процес реплікації із задовільною швидкістю та точністю без особливих перешкод для росту клітин E.coli та ознак втрати неприродних основ механізмом відновлення ДНК. Як говорить Денис Малишев, член лабораторії Ромесберґа:

Коли ми припинили потік неприродних трифосфатних складових до клітин, заміна d5SICS–dNaM разом із природними парами основ дуже добре корелювала з самою реплікацією клітини. Наші нові основи можуть потрапити в клітину тільки якщо ми увімкнемо білок “транспортування основ”. Без цього транспортера або коли нові основи не подаються до клітини, вона знову повернеться до (попереднього алфавіту) A, T, G, C, а d5SICS та dNaM зникнуть з геному.

Наступним кроком буде продемонструвати вдалу транскрипцію нового розширеного алфавіту ДНК в РНК. Результати цього дослідження дозволять створювати нові білки з нових неприродних амінокислот, що надасть більше можливостей для проведення білкової терапії та діагностики, разом із створенням лабораторних реагентів з бажаними функціями. Окрім того вчені не виключають застосувань своїх досліджень у галузі наноматеріалів.

Першоджерело

Написати коментар

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *