Создан первый жизнеспособный полусинтетический организм с шестью основаниями

      Комментарии к записи Создан первый жизнеспособный полусинтетический организм с шестью основаниями отключены

Создан первый жизнеспособный полусинтетический организм с шестью основаниями

Натуральный генетический алфавит жизни ограничен двумя парами оснований аденин-тимин (A-T) и гуанин-цитозин (G-C). Всё многообразие судьбы на планете программируется, копируется и воспроизводится посредством цепочек ДНК, образованных всего четырьмя азотистыми основаниями нуклеотидов. Эти основания однообразны у всех — у дуба, пингвина, человека и бабочки, они лишь находятся в различном порядке.

Так было до 2014 года, в то время, когда учёные из НИИ Скриппса сконструировали первый живой организм с шестью основаниями на базе бактерии E.coli. Две главные пары A, T, G и C дополнили синтетической парой X и Y, которая функционирует вместе с природными.

Стандартная молекула ДНК с четырьмя основаниями A, T, G, C. Американские учёные добавили к ним синтетические основания X и Y из трифосфатов. Графика: Deco Images II / Alamy/Alamy

Теоретически, такие организмы способны хранить и передавать больше информации через ДНК, чем простые организмы. И это открывает двери с целью достижения фундаментальной цели синтетической биологии: создания новых жизненных новых и форм синтетических функций в существующих организмах.

Разработка синтетической пары оснований X и Y длилась более 15 лет и завершилась успехом в 2014 году, в то время, когда учёные доказали принципиальную совместимость синтетической пары оснований с судьбой. Они модифицировали транспортер нуклеотидов (nucleotide transporter) — инструмент, что оказывает помощь трифосфатам синтетической базисной пары переноситься через клеточную мембрану. Так, теоретически живой организм имел возможность расти и размножаться, сохраняя и копируя ДНК с натуральными и синтетеческими основаниями из клетки в клетку.

Но о полном успехе сказать было рано, по причине того, что в действительности полусинтетическую бактерию в том опыте не было возможности назвать здоровой. Она медлительно росла: делилась вдвое медленнее обычной бактерии. К тому же, на определённых этапы роста клетки синтетические основания сильно разрушались.

Согласно точки зрения учёных, это связано с выделением в клетках фосфатов. Они разрушают синтетические трифосфаты, из которых состоят неестественные основания. В следствии, полусинтетическая бактерия не имела возможности сохранить неестественные основания в долгом периоде.

В 2014 году было сделано принципиальное подтверждение концепции (PoC). Для полноценного программирования полусинтетических организмов необходимо, дабы синтетические основания возможно было внедрить в любое место и в любом контексте окружающих оснований, и дабы они надёжно в том месте сохранялись при размножении и росте клеток.

К 2016 году авторы работы внесли нужные трансформации в транспортер нуклеотидов, и сделали маленькие трансформации в основании Y. В итоге, они решили все задачи с размножением и нормальным ростом полусинтетических бактерий, сохраняя в любом месте цепочки базисные пары X и Y. В новом виде синтетические основания лучше распознаются ферментами, каковые синтезируют молекулы ДНК на протяжении репликации ДНК, что упрощает процесс копирования синтетических базисных пар при делении клеток.

Синтетические основания dNaM-d5SICS ? dNaM-dTPT3, и сделанные оптимизации транспортера схематически продемонстрированы на иллюстрации. Слева продемонстрирована химическая структура синтетических оснований если сравнивать с химической структурой естественных оснований dC ? dG

Учёные креативно применяли популярную технику генного редактирования CRISPR-Cas9. Как мы знаем, в живых организмах данный иммунный механизм рекомендован для вставки в геном фрагментов, каковые соответствуют сигнатурам вирусов-«вредителей» в иммунной совокупности, дабы организм мгновенно реагировал на появление этих вредителей (иммунный ответ).

Так вот, учёные спроектировали бактерию так, что она принимает клетку с ДНК без оснований X и Y как «вредителя», что мгновенно уничтожается. Другими словами у этого организма необычный врождённый иммунитет к утрата синтетических оснований. Это существенно упростило задачу сохранения X и Y и сделало новую полусинтетическую жизнь вправду устойчивой в долгосрочной возможности.

В лабораторных условиях полусинтетическая ДНК осталась неизменной по окончании 60 делений бактерии. Это дало учёным основания считать, что она способна сберигаться вечно. «Мы решили проблему на фундаментальном уровне», — сообщил Брайан Ламб (Brian Lamb), один из авторов научной работы, что на данный момент проводит научные изучения для фирмы Vertex Pharmaceuticals.

Так, сконструирована первая в истории науки стабильная полусинтетическая жизненная форма, теоретически талантливая синтезировать принципиально новые протеины. Это указывает, что инженеры смогут сейчас манипулировать любыми жизненными процессами.

В новой инкарнации полусинтетическая бактерия E.coli стала значительно более приспособена к настоящей судьбе. Теоретически, эта жизненная форма может размножаться, мутировать и эволюционировать, как все живые организмы.

Возможности применения полусинтетических организмов воистину бесконечны. Люди проектируют и создавать биологические совокупности с функциями и заданными свойствами, каковые не имеют аналогов в живой среде. Это не классическое генетическое редактирование, где в генетический код одного организма додают фрагмент генетического кода другого существа.

Это настоящее полноценное программирование своеобразных особенностей, которых нет в природе. как следует новый этап в развитии генной инженерии: грубо говоря, от копипаста к написанию кода с нуля.

Возможно привести массу примеров из научно-фантастических произведений, в то время, когда живые существа проектировать для чёткого функционального исполнения собственной задачи. К примеру, раса солдат Джем’Хадар из межгалактической военной сверхдержавы Доминион, расположенной в Гамма-квадранте вселенной Star Trek, была генетически спроектирована для войны: у них отсутствует инстинкт самосохранения, а единственная цель судьбе — работа Основателям, наряду с этим организм солдата химически зависит от постоянного приёма кетросила — особого наркотика, что изготавливают Основатели.

Солдат Джем’Хадар с трубкой для кетросила

Согласно точки зрения биоинженеров, развитие синтетической биологии окажет помощь человечеству решить многие актуальные практические задачи: взять биологическое топливо из водорослей, бактериальное электричество, новые диагностические препараты, синтетические вакцины, бактериофаги и пробиотики для противодействия инфекциям , повысить устойчивость и продуктивность культивируемых животных и растений.

Учёные растолковывают, что опыты с новыми основаниями ДНК надёжны, поскольку синтетические основания X и Y не видятся в живой природе, исходя из этого вряд ли смогут выйти из-под контроля.

Научная работа опубликована 23 января 2017 года в издании Proceedings of the National Academy of Sciences (doi: 10.1073/pnas.1616443114).

CORE-ALL — вода — ПЕРВЫЙ продукт для организма! Кирилл Вершилов


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: