Генетики-хакеры
Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. Фото: Kay Chernush / Getty Images / Fotobank.ru

Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. Фото: Kay Chernush / Getty Images / Fotobank.ru

Генетики создали первый синтетический организм с «расширенным» генетическим кодом

Американские генетики расширили генетический «алфавит» на две буквы и впервые смогли успешно вставить «слова» из них в ДНК кишечной палочки, что открывает возможности по прямому «программированию» на генетическом коде. Методика выращивания таких бактерий и выводы ученых опубликованы в журнале Nature.

Геном любого живого организма можно представить в виде своеобразной «живой» программы. Как и ее компьютерные аналоги, она написана на особом языке программирования, который состоит из четырех «букв»-нуклеотидов и 64 «слов»-триплетов. Эти слова кодируют аминокислоты, из которых состоят белки, а также исполняют различные специальные функции, вроде «старт» и «стоп»-сигналов.

Флойд Ромесберг. Фото: scripps.edu

Флойд Ромесберг. Фото: scripps.edu

Флойд Ромесберг из Института Скриппса в Ла-Хойе (США) и его научная команда с начала 90-тых годов пытаются «расширить» этот алфавит и работают над созданием синтетического организма, генетический код которого состоял бы из шести «букв».

Интерес ученых к расширению «языка жизни» обусловлен тем, что появление лишних «букв» и «слов» в геноме позволит молекулярным биологам писать свои собственные «биопрограммы», не мешающие работе всех остальных частей клетки или всего организма в целом.

Расширение генетического «алфавита» — крайне сложная задача. Во-первых, новые «буквы» должны соединяться с такой же силой, как сцепляются друг с другом молекулы аденина и тимина, цитозина и гуанина, представляющие собой четыре базовых нуклеотида. Во-вторых, они должны быть совместимыми со стандартными процессами «чтения» и «записи» генетической информации и не мешать процессу «свертки» ДНК в двойную спираль.

На решение этих проблем у группы Ромесберга ушло без малого почти 20 лет. Большую часть времени ученые потратили на создание подходящих искусственных нуклеотидов — d5SICS и dNaM, работа над которыми была завершена в 2008 году. Эти молекулы соответствуют всем требованиям «биопрограммирования» и не вызывают негативной реакции в клетке при их вставке в произвольный сегмент ДНК.

«Эти синтетические нуклеотиды отлично работали в пробирке, однако нам предстояло решить проблему их совместимости с чрезвычайно сложной средой внутри живой клетки», — пояснил ведущий автор статьи Денис Малышев, один из сотрудников лаборатории Ромесберга.

Так художник представил себе «строчки» генетического кода с добавлением синтетических нуклеотидов. Фото: Synthorx

Так художник представил себе «строчки» генетического кода с добавлением синтетических нуклеотидов. Фото: Synthorx

Малышеву, Ромесбергу и их коллегам предстояло решить новый комплекс задач — научить клетку работать с новыми «буквами», доставлять их к месту сборки молекул ДНК и РНК, а также захватывать новые молекулы d5SICS и dNaM из внешней среды, так как клетка не умеет самостоятельно производить их.

Практически сразу биологи столкнулись с проблемой — им не удавалось подобрать ферменты, способные «перетаскивать» новые нуклеотиды через клеточную стенку. Через два года безуспешных поисков Малышев и Ромесберг натолкнулись на нужные им транспортировочные белки, изучив содержимое клеток и ДНК двух видов одноклеточных водорослей  — Thalassiosira pseudonana и Phaeodactylum tricornutum.

Гены, содержащие в себе инструкции по производству этих белков, помогли группе Ромесберга создать кишечную палочку, кольцевая хромосома которой содержала в себе несколько пар синтетических «букв». Благодаря точно подобранным химическим свойствам и трехмерной структуре молекул d5SICS и dNaM, клетка не заметила появления «лишних» нуклеотидов и оперировала ими так же, как и базовыми четырьмя «буквами» ДНК.

По словам ученых, данная система «программирования» клетки является абсолютно безопасной. При отсутствии синтетических букв в питательной среде клетки бактерий постепенно заменяют их аденином и другими нуклеотидами, что фактически «стирает» биопрограмму, написанную учеными. Поэтому при «побеге» таких микробов из лаборатории можно не опасаться того, что они начнут размножаться на воле и вызовут экологическую катастрофу.

Как отмечают сами авторы статьи и опрошенные журналом Nature эксперты, теперь ученые смогут напрямую составлять и вводить в клетки «инструкции» для сборки молекул лекарств, биотоплива и даже неорганических наночастиц. В своей следующей работе группа Ромесберга попытается сделать первый шаг к «синтетическому будущему» и научит клетку «читать» такие инструкции и собирать молекулы белков из не существующих в природе аминокислот.

Куда бежать, чтобы рожать Далее в рубрике Куда бежать, чтобы рожатьИсследование Save the Children: в Белоруссии быть матерью лучше, чем в России Читайте в рубрике «Наука и технологии» Российские больницы перейдут на лечение по ИнтернетуНормативная база под новшевство будет подготовлена в 2017 году Российские больницы перейдут на лечение по Интернету

Комментарии

Да воздаст генетика плавцу жабры,охотнику собачий нюх,а спортсмену ловкость и скорость гепарда. Видимо скоро появятся люди,способные жить в условиях атмосфер других планет,правда путь этот будет тернистый.
08 мая 2014, 14:11
Если я правильно поняла то в теории в будущем медицина сможет удалять лишнюю хромосому о особенных детей?
08 мая 2014, 15:21
Так выпьем за генетику, спасибо за это товарищу Сталину и невинно постадавшему товарищу Вавилову, Ура товарищи!
10 мая 2014, 22:36
В итоге все придет к тому, что люди будут вынуждены внедрять в свой геном дополнительные комбинации генов, дабы организм мог более-менее успешно усваивать тот геномодифицированный биомусор, которым нас с каждым годом пичкают по нарастающей взамен здоровой пищи!
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
Анализ событий России и мира
Подпишитесь на «Русскую планету» в социальных сетях и читайте статьи экспертов
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»