Frankenstein mikrob proizvodi protein

Bakterije s dvije umjetne baze DNA proizvode nove aminokiseline

Zeleni sjaj ukazuje na to da su ove bakterije svoj dvostruki umjetni bazni genski kod pretvorile u aminokiseline i protein. © Bill Kiosses / Istraživački institut Scripps
čitati naglas

Manipulirani život: Po prvi put ih je bakterija s dvije dodatne, umjetne DNK baze koristila za proizvodnju aminokiselina i proteina. Polusintetički mikrob preveo je genski kod obogaćen oko baza X i Y u aminokiseline koje normalno ne mogu proizvesti, kao što navode istraživači u časopisu "Nature". Ne samo što su proširili abecedu života s četiri na šest slova, već su je koristili i praktički prvi put.

Od početka života na zemlji priroda je za svoju životnu abecedu koristila četiri slova: genetska informacija u DNK svih organizama kodirana je od četiri DNK baze - gvanin, citozin, timin i adenin. No već 21014. godine, istraživači s Instituta Scripps u Kaliforniji uspjeli su proširiti ovaj životni kod. Stavili su dvije dodatne, umjetne baze u genom bakterije Escherichia coli - X i Y.

"Frankenstein" mikrob proizvodi proteine

Početkom ove godine Floyd Romesberg i njegov tim napravili su još jedan proboj: polusintetske bakterije sa šest genetskih slova u genomu prenijele su umjetne DNK baze na svoje potomstvo. Svaka stanična dioba proizvela je nove mikrobe "Frankenstein".

Sada je tim napravio i posljednji, odlučujući korak: Stavili su dvije umjetne DNK baze u proteine ​​kodirajući gene svojih bakterija - i natjerali ih da proizvode potpuno nove, prirodno ne-prisutne aminokiseline iz ovih manipuliranih uputa za gradnju. One su stanice ugradile u polu-umjetni protein.

"Ne bih to još nazvao novim životnim oblikom, već bližim onome nego što je ranije stvoreno", kaže Romesberg. "Ovo je prvi put da stanica proizvodi protein koji se temelji na bilo čemu osim G, C, A i T."

Par umjetnih baza XY prvo se pretvarao u RNA, a zatim u novu aminokiselinu. Ovo je ugrađeno u protein. Dennis Sun / Mezarque Design

Transkripcija i umjetni kodoni

Da bi gen postao protein, stanica mora izvesti dva koraka prevođenja. U prvom koraku, transkripcija, bazni kod DNA kopira se u transportnu RNA. Ovo donosi upute za genetičku izgradnju iz jezgre stanice do tvornica proteina stanice, ribosoma. Polu umjetne bakterije također su završile ovaj korak kopirale su dvije umjetne baze kao i prirodnu.

U drugom koraku, prijevodu, dešifrira se genetski kod: tri uzastopne baze svako stoji za određenu aminokiselinu. Slijed ovih kodona prema tome određuje strukturu proizvedenog proteina. Proširenje DNK koda u manipuliranoj bakteriji stvorilo je kodone koji u prirodi ne postoje.

Prijevod u nekanonske aminokiseline

Ipak, ribosomi bakterije čitaju ove neprirodne kodone. Napravili su aminokiseline koje nisu pripadale normalnom kanonu od 20 aminokiselina koje se koriste u proteinima. Te nekanonske aminokiseline su zatim kombinirale bakterije s "normalnim" aminokiselinama da bi tvorile zeleni fluorescentni protein.

"Od zore života proteini se proizvode dešifriranjem kodona u četverokutnoj abecedi", rekli su istraživači. "Sada smo pokazali da se novi kodoni na temelju proširene genetske abecede mogu upotrijebiti za ugradnju nekanonskih aminokiselina u proteine. To je mala promjena u načinu života - ali ona je prva ikad. "

Šest umjesto četiri baze u DNK Synthorx

"Platforma za nove načine života"

Ovo je prvi put da su istraživači stvorili organizam za čiju genetsku informaciju se ne koristi samo proširena abeceda - na temelju tih informacija također proizvodi potpuno nove molekule. "Takvi bi organizmi mogli poslužiti kao platforma za stvaranje novih životnih oblika i funkcija", kažu istraživači.

Na primjer, 152 različite aminokiseline mogu se proizvesti iz DNK sa šest baza DNK umjesto normalnih 20. U neobjavljenom eksperimentu znanstvenici su već koristili svoje umjetne baze kako bi odredili otpornost Bakterije za utjecaj na antibiotike. Moguće je, na primjer, proizvesti ljekovita sredstva koja su podnošljivija ili lakše razgradljiva. "Malo se osjećam kao dijete u trgovini slatkiša", kaže Romesberg.

Opasnost za prirodu?

Čak su i ranije verzije tih mikroorganizama "Frankenstein" postavile pitanje koliko su rizične takve manipulacije šifrom života. Na taj način, mogu li se stvoriti neželjeni organizmi koji se više ne mogu kontrolirati? Što se događa ako takve polusintetske bakterije uđu u okoliš i tamo se možda razmnože?

Ova opasnost ne postoji, ističu Romesberg i njegovi kolege. Budući da njihova semisintetska bakterija može stvoriti samo dvije umjetne baze, ako dobiju određene, ne postoje u prirodi hranjive tvari. U nedostatku ovih, baze X i Y neće se proizvoditi u sljedećoj generaciji, a genetski se kod vraća u prirodno stanje. (Priroda, 2017; doi: 10.1038 / priroda24659)

(Scripps Research Institute, 01.12.2017. - NPO)