Изследователите размножават микроба "Франкенщайн"

Подвижна и повторяема бактерия с две синтетични ДНК букви

Две допълнителни синтетични ДНК бази допълват генома на бактерията Escherichia coli © Collage / thinkstock
чете на глас

Шест бази вместо четири: Изследователите са създали бактерия, която носи две допълнителни ДНК бази в генетичния си код. Генетичният му код се състои от шест вместо от четири букви. За разлика от предшествениците, този полусинтетичен микроб може да предава изкуствените си основи на своето потомство почти неограничено време и е жизнеспособен дори без добавяне на специални допълнителни молекули, както съобщават изследователите.

Азбуката на живота се състои от четири букви - и това от първата жива клетка. Последователността на базите гуанин, цитозин, тимин и аденин в ДНК кодира скиците за протеини и безброй контролни молекули на нашия клетъчен метаболизъм. През 2014 г. обаче Флойд Ромесберг от изследователския институт „Скриппс“ в Ла Джола и неговият екип успяват да инфилтрират за първи път две синтетични ДНК букви в кода на червата зародиш Escherichia coli.

Но тези първи полу-изкуствени микроби са били само частично жизнеспособни: "Микробите растат лошо, имаха нужда от специални условия и дори тогава успяха да не съхраняват неестествената информация за дълго време", обясняват Ромесберг и неговите колеги.

Оптимизирани синтетични основи

Сега изследователите са преодолели тези проблеми с нов "модел" на техните полусинтетични бактерии. "Ние създадохме полусинтетичен организъм, който е по-автономен от предшественика си и съхранява допълнителната информация почти толкова постоянно, колкото естествените компоненти на ДНК", съобщават учените.

Двете естествени ДНК бази цитозин и гуанин (отгоре), включително синтетичните основи на предшественика от 2014 г. и под новата двойка изкуствена основа. © Zhang et al. / PNAS

За своя нов полусинтетичен организъм изследователите отново въвеждат две допълнителни, изкуствени ДНК бази в кръговия плазмид на бактерията Escherichia coli. Една от базите, dNaM, съответства на тази на предшестващия модел. Вместо предишния контрагент d5SICS, обаче, изследователите използваха по-стабилната, подобно структурирана молекула dTPT3. „Тази неестествена основна двойка дава възможност за стабилно съхраняване на информация, използвайки шестбуквена генетична азбука“, казва Ромесберг и неговите колеги. показ

Размножаване без добавки

Макар че прекурсорът все още ще изисква външно добавена транспортираща молекула за размножаване, това вече не е така. Изследователите инжектират ген в бактериалното наследство, което съдържа инструкцията за изграждане на молекулата на транспортера. В резултат на това полусинтетичният микроб може да се размножава без добавянето на тази молекула и независимо изгражда копия на изкуствените основи в ДНК на своето потомство.

И още нещо улеснява предаването на синтетични генни букви: микробът вече произвежда ензим, който унищожава всички генетични копия без изкуствените двойки на базата. "В резултат на това почти 100 процента от неестествените базови двойки в ДНК бяха задържани в бактериалната репликация и това почти неопределено дълго време“, заяви Ромесберг и неговите колеги. Дори след 60 клетъчни деления на полусинтетичните бактерии на практика няма загуби.

„Живи неща с неестествени свойства“

Следователно новият полусинтетичен микроб е много по-здрав и репликатен от предшественика си. Според учените това е важна стъпка напред. "Този оптимизиран полусинтетичен организъм сега ни осигурява подходяща платформа за създаване на организми с напълно неестествени свойства и функции, които не се срещат в природата", казват изследователите.

Някои може по-скоро да се изплашат пред такъв ентусиазъм, че се намесват в кода на живота. Особено, тъй като е напълно неясно какви рискове са свързани с подобни и подобни микроби „Франкенщайн“. Подобно на други интервенции в генома, изследванията тук са една крачка пред етичния и правен дебат.

Въпреки че изследователите подчертават, че полу-изкуствените им микроби в свободната среда не са жизнеспособни, тъй като им липсват химическите градивни елементи за техните синтетични основи. Но дори и с по-нататъшни промени в основите това може да бъде различно. (Трудове на Националната академия на науките, 2017; doi: 10.1073 / pnas.1616443114)

(PNAS, 24.01.2017 - НПО)