Генетики-хакеры
2 мин чтения
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.

Читайте нас в мобильном приложении

Если у Вас возник вопрос по материалу, то Вы можете задать его специальной рубрике Задать вопрос 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 «В мире» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»Сооснователь IT-гиганта представил в Технопарке МФТИ настоящий гоночный болид «Формулы-1» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»
Подписывайтесь на канал rusplt.ru в Яндекс.Дзен
Подписывайтесь на канал rusplt в Дзен
Комментарии
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!
08 мая 2014, 15:21
Так выпьем за генетику, спасибо за это товарищу Сталину и невинно постадавшему товарищу Вавилову, Ура товарищи!
08 мая 2014, 14:11
Если я правильно поняла то в теории в будущем медицина сможет удалять лишнюю хромосому о особенных детей?
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.
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
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!