Mikrobus Frankenstein produkuje bielkoviny

Baktérie s dvoma bázami umelej DNA produkujú nové aminokyseliny

Zelená žiara naznačuje, že tieto baktérie preložili svoje rozšírené génovým kódom dvoch umelých báz na aminokyseliny a proteín. © Bill Kiosses / Výskumný ústav Scripps
čítať nahlas

Manipulovaný život: baktérie s dvoma ďalšími umelými bázami DNA ich prvýkrát použili na výrobu aminokyselín a bielkovín. Semisyntetický mikrób preložil génový kód obohatený okolo báz X a Y na aminokyseliny, ktoré normálne nemôže produkovať, ako uvádzajú vedci v časopise Nature. Nielenže rozšírili abecedu života zo štyroch na šesť písmen, ale tiež ju použili prakticky prvýkrát.

Od začiatku života na Zemi používa prírodná abeceda štyri písmená: genetickú informáciu v DNA všetkých organizmov kódujú štyri bázy DNA - guanín, cytozín, tymín a adenín. Ale už v roku 21014 sa vedcom v Scripps Institute v Kalifornii podarilo tento životný kódex predĺžiť. Do genómu črevnej baktérie Escherichia coli vložili dve ďalšie umelé bázy - X a Y.

Mikrobus „Frankenstein“ produkuje proteíny

Na začiatku tohto roka Floyd Romesberg a jeho tím urobili ďalší prielom: semisyntetické baktérie so šiestimi genetickými písmenami v genóme odovzdali svoje umelé bázy DNA svojmu potomstvu. Každá bunková divízia produkovala nové „Frankensteinské“ mikróby.

Tím teraz urobil aj posledný rozhodujúci krok: Vložili dve umelé bázy DNA do proteínov kódujúcich gény svojich baktérií - a prinútili ich, aby z týchto manipulovaných stavebných pokynov produkovali úplne nové, prirodzene sa nevyskytujúce aminokyseliny. Tieto bunky zabudovali do semi-umelého proteínu.

„Ja by som to ešte nenazval novou životnou formou, ale bližšie k tomu, ako bolo predtým vytvorené, “ hovorí Romesberg. „Je to prvýkrát, keď bunka vyrobila proteín založený na čomkoľvek inom ako G, C, A a T.“

Pár umelých báz XY sa najskôr premenil na RNA, potom na novú aminokyselinu. Tento bol začlenený do proteínu. Dennis Sun / Mezarque Design

Transkripcia a umelé kodóny

Aby sa gén stal proteínom, musí bunka vykonať dva translačné kroky. V prvom kroku transkripcie sa základný kód DNA skopíruje na transportnú RNA. Toto prináša genetické pokyny k budovaniu z bunkového jadra do proteínových tovární bunky, ribozómov. Polo-umelé baktérie tiež dokončili tento krok skopírovali tak dve umelé, ako aj prírodné bázy.

V druhom kroku, translácii, sa dešifruje genetický kód: každá z troch po sebe nasledujúcich báz predstavuje konkrétnu aminokyselinu. Sekvencia týchto kodónov teda určuje štruktúru produkovaného proteínu. Rozšírenie kódu DNA v manipulovanej baktérii spôsobilo vznik kodónov, ktoré v prírode neexistujú.

Preklad na nekanonické aminokyseliny

Napriek tomu ribozómy baktérie čítali tieto neprirodzené kodóny. Vyrobili aminokyseliny, ktoré nepatria do normálneho kánonu 20 aminokyselín použitých v proteínoch. Tieto nekanonické aminokyseliny potom kombinovali baktérie s „normálnymi“ aminokyselinami za vzniku zeleného fluorescenčného proteínu.

"Od úsvitu života sa bielkoviny vyrábajú dešifrovaním kodónov v štvorzložkovej abecede, " uviedli vedci. „Teraz sme demonštrovali, že nové kodóny založené na rozšírenej genetickej abecede sa môžu použiť na inkorporovanie nekanonických aminokyselín do proteínov. To je malá zmena spôsobu života - je to však vôbec prvá. ““

Šesť namiesto štyroch báz v DNA Synthorx

„Platforma pre nové spôsoby života“

Je to po prvýkrát, čo vedci vytvorili organizmus, ktorého genetická informácia používa nielen rozšírenú abecedu - na základe tejto informácie tiež vytvára úplne nové molekuly. „Takéto organizmy by mohli slúžiť ako platforma na vytváranie nových foriem života a funkcií, “ tvrdia vedci.

Napríklad 152 rôznych aminokyselín by sa mohlo pripraviť z DNA so šiestimi bázami DNA namiesto normálnych 20. V nepublikovanom experimente vedci už použili svoje umelé bázy na stanovenie rezistencie Baktérie, ktoré majú vplyv na antibiotiká. Bolo by napríklad tiež možné vyrábať liečivé látky, ktoré sú tolerantnejšie alebo ľahšie degradovateľné. „Cítim sa trochu ako dieťa v cukrárni, “ hovorí Romesberg.

Ohrozenie prírody?

Dokonca aj staršie verzie týchto „Frankensteinových“ mikróbov vyvolali otázku, aké riskantné sú takéto manipulácie pre kódex života. Mohli by sa týmto spôsobom vytvoriť nežiaduce organizmy, ktoré už nie sú kontrolovateľné? Čo sa stane, ak takéto semisyntetické baktérie preniknú do životného prostredia a prípadne sa množia?

Toto nebezpečenstvo neexistuje, zdôraznite Romesberga a jeho kolegov. Pretože ich semisyntetická baktéria dokáže produkovať iba dve umelé bázy, ak je to isté, nie sú prítomné v prírodných živinách. Ak nie sú k dispozícii, bázy X a Y sa nebudú vyrábať v budúcej generácii a genetický kód sa vráti do prirodzeného stavu. (Nature, 2017; doi: 10, 1038 / príroda24659)

(Scripps Research Institute, 01.12.2017 - NPO)