Франкенщайн микроб произвежда протеин

Бактериите с две изкуствени ДНК бази произвеждат нови аминокиселини

Зеленото сияние показва, че тези бактерии са превърнали своя удължен с две изкуствени основи генен код в аминокиселини и протеин. © Бил Киосес / Изследователският институт на Scripps
чете на глас

Манипулиран живот: За първи път бактерия с две допълнителни, изкуствени ДНК бази ги използва за производството на аминокиселини и протеин. Полусинтетичният микроб превежда гена код, обогатен около базите X и Y, в аминокиселини, които той обикновено не може да произведе, както съобщават изследователите в списание „Nature“. Те не само разшириха азбуката на живота от четири на шест букви, но и я използваха практически за първи път.

От началото на живота на земята природата използва четири букви за своята жизнена азбука: генетичната информация в ДНК на всички организми е кодирана от четири ДНК бази - гуанин, цитозин, тимин и аденин. Но още през 21014 г. изследователи от Института Скрипс в Калифорния успяха да разширят този жизнен код. Те поставят две допълнителни, изкуствени основи в генома на бактерията на червата Escherichia coli - X и Y.

"Франкенщайн" микроб произвежда протеини

В началото на тази година Флойд Ромесберг и неговият екип направиха още един пробив: полусинтетичните бактерии с шестте генетични букви в генома преминаха върху изкуствените ДНК бази на тяхното потомство. Всяко клетъчно деление произвежда нови микроби "Франкенщайн".

Сега екипът направи и последната, решителна стъпка: Те поставиха двете изкуствени ДНК бази в кодиращи протеини гени на своите бактерии - и ги накараха да произвеждат напълно нови, естествено несъществуващи аминокиселини от тези манипулирани инструкции за изграждане. Те са изградили клетките в полу-изкуствен протеин.

„Не бих нарекъл това все още нова форма на живот, но по-близка до нея от всичко, създадено по-рано“, казва Ромесберг. "Това е първият път, в който клетката е произвела протеин на базата на нещо различно от G, C, A и T."

Двойката на изкуствената основа XY първо се превръща в РНК, след това в нова аминокиселина. Това беше включено в протеин. Dennis Sun / Mezarque Design

Транскрипция и изкуствени кодони

За да се превърне ген в протеин, клетката трябва да извърши два етапа на транслация. В първия етап, транскрипцията, основният код на ДНК се копира върху транспортна РНК. Това носи инструкциите за генетично изграждане от клетъчното ядро ​​до протеиновите фабрики на клетката, рибозомите. Полу-изкуствените бактерии също завършиха тази стъпка те копираха двете изкуствени основи, както и естествените.

На втората стъпка, в превод, генетичният код се дешифрира: три последователни основи всяка позиция за определена аминокиселина. Последователността на тези кодони по този начин определя структурата на произвеждания протеин. Удължаването на ДНК кода в манипулираната бактерия породи кодони, които не съществуват в природата.

Превод в неканонични аминокиселини

Въпреки това рибозомите на бактерията четат тези неестествени кодони. Те направиха аминокиселини, които не принадлежат към нормалния канон от 20-те аминокиселини, използвани в протеините. Тези неканонични аминокиселини след това комбинират бактериите с "нормални" аминокиселини, за да образуват зелен флуоресцентен протеин.

„От зората на живота протеините се произвеждат чрез дешифриране на кодони в четирибуквената азбука“, казват изследователите. „Вече доказахме, че новите кодони, базирани на разширена генетична азбука, могат да бъдат използвани за включване на неканонични аминокиселини в протеини. Това е малка промяна в начина, по който работи животът - но това е първото досега. "

Шест вместо четири бази в ДНК Synthorx

„Платформа за нови начини на живот“

Това е първият път, в който изследователите са създали организъм, чиято генетична информация не само използва разширена азбука - въз основа на тази информация тя произвежда и напълно нови молекули. „Такива организми биха могли да послужат като платформа за създаване на нови форми и функции на живота“, казват изследователите.

Например, 152 различни аминокиселини могат да бъдат произведени от ДНК с шест ДНК бази вместо нормалните 20. В непубликуван експеримент учените вече са използвали своите изкуствени основи, за да определят устойчивостта на Бактериите за влияние върху антибиотиците. Също така би било възможно например да се получат лекарствени средства, които са по-поносими или по-лесно разградими. „Чувствам се малко като дете в магазин за бонбони“, казва Ромесберг.

Опасност за природата?

Дори по-ранните версии на тези микроби „Франкенщайн“ повдигнаха въпроса колко рискови са подобни манипулации към кода на живота. По този начин могат ли да се създадат нежелани организми, които вече не се контролират? Какво се случва, ако такива полусинтетични бактерии навлизат в околната среда и евентуално се размножават там?

Тази опасност не съществува, подчертават Ромесберг и неговите колеги. Тъй като полусинтетичната им бактерия може да произведе само двете изкуствени основи, ако стане сигурна, да не присъстват в природата хранителни вещества. При липсата на тези бази X и Y няма да бъдат произведени в следващото поколение и генетичният код ще се върне в естественото състояние. (Nature, 2017; doi: 10.1038 / nature24659)

(Изследователски институт Scripps, 01.12.2017 - НКО)