Дослідникам з Массачусетського технологічного інституту у співпраці з колегами з Гарварду вдалося надзвичайне. Вони обнулили значення одного з триплетів генетичного коду бактерії Escherichia coli – тобто змінили генетичний словник живого організму.

Бактерія перенесла операцію нормально.

Щоб зрозуміти всю суть цієї феноменальної роботи, варто згадати, що кожен білок являє собою строго індивідуальну послідовність амінокислот. Порядок амінокислот, в якому вони вибудовуються від одного кінця білкової молекули до іншого, записаний у ДНК за допомогою генетичного коду: кожній відповідає, так би мовити, слово з трьох нуклеотидних букв – триплет, або кодон. Не заглиблюючись у тонкощі білкового синтезу, зауважимо, що послідовність триплетів служить матрицею для побудови поліпептидного ланцюга. Але у генетичного коду є одна базова особливість, яку називається виродженим коду: кожній амінокислоті відповідає кілька трехнуклеотідних слів. Більше того, навіть сигнальні триплети, що означають початок і кінець синтезу білкової молекули, існують не в однині: є кілька старт-і стоп-кодонів.

У кишкової палички таких стоп-кодонів три: TAG, TAA і TGA, де Т – це азотистих основ тимін, А – аденін, G – гуанін. Всі вони виконують одну й ту ж роботу – сигналізують білок-синтезирующему конвеєру, що поліпептидний ланцюг готова і пора відпускати її «на волю».

Учені вирішили замінити всі кодони TAG на ТАА. Було синтезовано 314 фрагментів ДНК, які в точності повторювали ділянки бактеріальної хромосоми з TAG-кодонами, тільки TAG в них був замінений на ТАА. Ці фрагменти ДНК дослідники ввели в бактеріальні клітини і в результаті отримали близько 30 штамів кишкової палички, у яких у тому чи іншому місці відбулися заміни.

Щоб отримати штам, у якого все TAG будуть замінені на ТАА, вчені використовували здатність бактерій до взаємообміну генетичною інформацією в процесі кон'югації. В результаті декількох циклів кон'югації між «недоробленими» штамами утворилася бактерія, що несла всі необхідні заміни. Але, оскільки в молекулярному апараті клітини є білкові молекули, які призначені для розпізнавання кодону TAG, у бактерій довелося вирізати з генома і ці розпізнають білки. У підсумку в генетичному словнику утворилося слово, яке не значило нічого. Просто уявіть, що всім знайома послідовність букв «с-т-о-л» перестала позначати відомий дерев'яний-залізний-пластиковий предмет на чотирьох ніжках, і тепер цей «с-т-о-л» може співвідноситися з чим завгодно.

Слід підкреслити, що це не точкова мутація, не перестановка амінокіслот в гені якогось одного білка. Цим методом редагується сам генетичний мову. Новому кодону можна приписати позначення іншої амінокислоти – як вже існуючої в природі, так і абсолютно нової, синтезованої в лабораторії.

На сьогодні існує декілька таких штучних амінокислот, але вчені зіткнулися з проблемою, як впровадити їх у геном. Тепер же їм пропонують відносно простий і швидкий спосіб перепрограмування хромосоми і перебудови природних білків. Таким чином можна отримати, наприклад, бактерію, стійку до вірусів, оскільки віруси працюють з природними білками і будуть вельми здивовані, наткнувшись на цілу купу незрозумілих штучних творінь.

Зараз повним ходом йдуть роботи зі створення синтетичних організмів: дослідники намагаються створити бактерію «з нуля», написавши для неї цілий геном. Метод редакції генетичного коду може значною мірою спростити цю задачу. Якщо експериментів подібного роду і далі буде супроводжувати успіх, то надалі вже не доведеться довго і копітко вишукувати існуючі бактеріальні штами, що харчуються, наприклад, нафтою. Можна буде просто синтезувати мікроорганізм з потрібними харчовими пристрастями. І чергова аварія, припустимо, на який-небудь нафтовидобувної морській платформі не буде виглядати глобальною катастрофою з незворотними наслідками.

За матеріалами: MIGnews.

Tweet