Той урежда полусинтетично форма на живот науката, науката и технологиите

Международен екип от учени от САЩ, Франция и Китай създаде полу-синтетична форма на живот. При опит да се получи бактерии с мутирала ДНК вече са направени, лошите бактерии се размножават, да иска специални условия за отглеждане и в крайна сметка се отърва от тях, вграден в измененията. "Lenta.ru" разказва историята на нова работа, в които учените са успели да решат тези проблеми, получаване на същество, което е напълно различен от всички естествени живота на Земята.

Допълнително съдържание

Как да редактирате гени ще промени облика на човечеството

Съвсем наскоро, ДНК на всички живи организми на нашата планета се състои от четири типа нуклеотиди, съдържащи аденин (А) или тимин (Т) или гуанин (Г) или цитозин (С). Вериги на десетки или стотици милиони нуклеотиди образуват отделен хромозома. Гените са намерени в хромозомите, по същество са дълги нуклеотидни последователности, в които аминокиселинните последователности, кодирани протеини. Комбинацията от следните три взаимно нуклеотиди (кодон или триплет) съответства на една от 20 аминокиселини. По този начин, животът използва трибуквен генетичния код (ATG, CGC, и така нататък), базирани на четири букви азбука (A, C, T, G).

Когато клетка на организъм изисква някои протеин (полипептид), кодираща ген е активирана. Към последния специален ензим, наречен РНК полимераза, която в процеса на транскрипция започва да се движи по дължината на последователността на нуклеотиди и се създаде копие на молекула, наречена РНК (тРНК). РНК е подобна на ДНК, но вместо това съдържа тимин, урацил (U). След иРНК излиза от ядрото на клетката и се изпраща на рибозомите, когато се използват в рецептурата на процес превод за създаване верига протеин аминокиселина.

Изследователите решили да променят ДНК азбука Е. коли Ешерихия коли, добавяйки допълнителни два "Буквите". Факт е, че ДНК в живите организми е двойна, т.е., образувана от две вериги, които са сдвоени с взаимно допълващи се отношения. Тези връзки са образувани между основата на А-нуклеотидите на една нишка и база Т нуклеотид от друг (подобно, между С и G). Ето защо два нови синтетичен нуклеотид допълване също трябва да бъде в състояние да се чифтосат. Изборът падна върху dNaM и d5SICS.

В коли Escherichia

Снимка: Rocky Mountain Laboratories / NIAID / NIH

Един чифт синтетичен нуклеотид се вмъква в плазмида - кръгова двойноверижна ДНК молекула, способна да възпроизвеждат отделно от останалата част на генома на бактерията. Те са заменени чифт комплементарна А и Т нуклеотиди, присъстващи в състава на лактоза оперон - съвкупност от гени, които носят лактоза метаболизъм захар и свързани с не-кодиращи ДНК последователности. Синтетични нуклеотиди не са включени в областта, че полимераза копия на иРНК.

Защо учените са решили да не се включва синтетични олигонуклеотиди директно в ген, а до него? Фактът, че генът по този начин е много трудно да се промени, така че тя да продължава да функционира. Поради това трябва да се свързва с получаване на нови кодони за всяка аминокиселина. За да направи това, от своя страна, трябва да се научи на клетката да се произвеждат различни видове прехвърляне РНК (тРНК), които ще бъдат в състояние да разпознава тези кодони.

TRNATyr, молекула изпълнява следните функции. Те, както и товарни автомобили, са в единия край на определена аминокиселина, са подходящи за иРНК на рибозоми и на свой ред започва да се провери триплет от нуклеотиди в другия край с кодон. Ако те съвпадат, аминокиселината е изключена и е включена в протеина. Въпреки това, ако няма подходящи тРНК протеин синтезира не е, което може да се отрази отрицателно върху клетъчната жизнеспособност. Следователно, вграждането синтетичните нуклеотиди в гени, учените ще трябва да създават повече гени, кодиращи нови тРНК, които могат да разпознават изкуствени кодони и придават правилното аминокиселина на полипептида. Въпреки това, задачата на изследователите било по-лесно. Те се нуждаеха, за да се уверите, че плазмид с изкуствен нуклеотиден успешно копират и да се предава дъщерни организми.

Плазмидите, използвани за трансформиране на Ешерихия коли

Изображение: Denis A. Malyshev / Kirandeep Dhami / Thomas Lavergne / Tingjian Chen / Nan Dai / Джереми М. Фостър / Ivan R. Correa / Floyd Е. Romesberg / Природа / катедра Химия / Scripps Research Institute на

Този плазмид, означен pinf, беше въведен в E.coli. Въпреки това, трябва да бъде до вътреклетъчни бактерии присъстваха много нуклеотиди. За тази цел, Е. коли се поставя друг плазмид - PCDF-1b. Беше ген инфузорна Phaeodactylum tricornutum PtNTT2, NTT който кодира протеин, който пренася нуклеотиди от културалната среда в клетката.

Въпреки това, учените са се сблъскали с редица трудности. Първо, Phaeodactylum tricornutum протеини имат токсичен ефект върху клетката E.coli. Всички поради наличието в тях на фрагмент от аминокиселинната последователност, която носи функцията за сигнализиране. Благодарение на нея, протеинът е в правилната позиция в клетките на водораслите, след което последователността се отстранява. E.coli не е в състояние да се премахне този фрагмент, така че учените са й помогнали. Те са в състояние да премахне първите 65 аминокиселини на NTT. Това е значително намалена токсичност, въпреки че също така се намалява и скоростта на транспорт нуклеотиди.

Друг проблем е, че синтетичните нуклеотиди дълго време остава в плазмидите, и не са заменени при копиране на ДНК. Както се оказа, тяхната безопасност зависи от това какъв вид нуклеотиди ги заобикаляха. За да разберете, учените анализират различни комбинации, вградени в 16-плазмиди. За да видите дали пуска от нуклеотидни последователности, изследователите са използвали CRISPR / Cas9 технология.

Снимка: Стив Диксън / Фън Чжан / MIT

CRISPR / Cas9 - молекулярен механизъм, който съществува в бактерии и им позволява да се справят с бактериофаги. С други думи, тази технология е най-имунитет срещу вирусни инфекции. CRISPR - специални участъци от ДНК. Те съдържат къси фрагменти от ДНК вируси, които веднъж заразени с предшествениците на днешните бактерии, но бяха отхвърлени от вътрешната си защита.

Когато бактериофаг прониква бактериите, тези фрагменти се използват като матрица за синтез на молекули наречен crRNK. Формиране на множество различни РНК вериги, те се свързват към протеина Cas9 чиято задача - за намаляване на ДНК на вируса. Направете това, той може само след crRNK намери допълнителен фрагмент на вирусната ДНК.

Ако вместо това се използва crRNK РНК последователност, комплементарна на специфичен фрагмент на плазмида, плазмидът и намаляване на SAS9. Но ако в действителност фрагменти от синтетичен нуклеотид, протеинът не работи. По този начин, чрез CRISPR може да идентифицира тези плазмиди, които са устойчиви на нежелани мутации. Установено е, че 13 от 16-плазмиди загуба на синтетичните нуклеотиди са незначителни.

По този начин, учените са успели да създадат тяло с фундаменталните промени в ДНК, които могат да ги спасят само по себе си за неопределено време.

Докато полусинтетичен форма на живот има в своя геном, само две неприродни нуклеотиди, които не са част от кодони и не са включени в кодирането на аминокиселини, е първият резистентни организми, чиято ДНК азбука се състои от шест букви. В бъдеще учените най-вероятно ще бъде в състояние да използвате тази иновация за синтеза на белтъци, като по този начин създаването на цялостен изкуствен генетичен код.