Scientists create synthetic E. coli with minimal genome

Группа исследователей из Лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета в Великобритании создала синтетическую бактерию кишечной палочки Escherichia coli с использованием всего лишь 57 из 64 «кодонов» в геноме. 

Код живых организмов включает в себя 64 различных кодона, каждый из которых состоит из из триплета нуклеотидов. Именно длинные цепи из тройных кодонов составляют ДНК и РНК человека. 

Они передают клеткам в организме ключевые инструкции по превращению обычной материи в строительные блоки жизни — аминокислоты, которые выстраиваются в определенной последовательности, образуя белки. Когда клетка строит белки, она «считывает» последовательность кодонов, записанную с использованием этих 64 триплетов нуклеотидов, чтобы узнать, какие аминокислоты добавлять следующими и когда остановиться. 

Все живые организмы могут создавать необходимые им белки всего из 20 аминокислот, а это означает, что многие кодоны являются синонимичными дубликатами. Созданная британскими исследователями синтетическая кишечная палочка, получившая название Syn57, лишена некоторых из этих, казалось бы, избыточных кодонов. 

Создав весь геном с нуля, исследователи решили исключить четыре из шести кодонов, связанных с аминокислотой серином, два из четырех кодонов аланина и один стоп-кодон. В тех случаях, когда эти избыточные кодоны встречались в геноме бактерии, исследователи заменяли их на синонимичные кодоны, содержащие те же инструкции.

Для этого понадобилось внести более 101 тыс. изменений в генетический код. Сначала их распланировали на компьютере фрагментами по 100 килобайт, а затем началась кропотливая работа по сборке гена. Чтобы убедиться, что они не вносят в микробы принципиально вредных изменений, группа исследователей постепенно тестировала небольшие фрагменты синтетического генома на живых бактериях, в конце концов сшивая их вместе и формируя конечный, полностью синтетический штамм.

Это масштабное начинание, которое показывает, что жизнь может существовать даже при существенно сжатом генетическом коде. Кроме того, оно потенциально освобождает оставшиеся кодоны, для выполнения других функций. 

Поскольку «неканонический» генетический код Syn57 должен быть непонятным для реальных микробов, включая вирусы, которые действуют, перехватывая производство клеточного белка, эта бактерия должна быть способна противостоять заражению. Это может помочь снизить затраты, связанные с промышленным «выращиванием» бактериальных белков, где вспышки вирусов являются серьезной проблемой. Этот совершенно непонятный для реальных организмов геном может также эффективно стерилизовать генетически модифицированные бактерии, что является привлекательной перспективой для решения проблем, связанных с проникновением модифицированных генов в естественную среду. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Science

Источник: Science Alert