Учені з Лабораторії молекулярної біології Медичної дослідницької ради Великої Британії створили найсинтетичнішу форму життя з усіх відомих. Модифікована бактерія Escherichia coli під назвою Syn57 має переписаний з нуля геном, у якому використано лише 57 із 64 можливих кодонів — одиниць генетичного коду. Це досягнення стало новим рекордом у галузі синтетичної біології та відкриває можливості для розширення функцій генетичного коду. Про це повідомляє медіа про науку, технології та здоров’я КРВ.медіа з посиланням на текст дослідження, опубліковане в Science.
Що таке Syn57 і чим вона унікальна
Бактерія Syn57 — це модифікований штам Escherichia coli, геном якого повністю переписали, залишивши лише 57 із 64 кодонів, якими зазвичай оперує природа. Кодон — це три нуклеотиди, які разом кодують одну амінокислоту або сигнал «стоп» під час синтезу білків. Попри наявність 64 кодонів у природі, для побудови всіх білків життя використовує лише 20 амінокислот. Це означає, що багато кодонів дублюють одне й те ж значення.
Дублювання кодонів — природне еволюційне явище. Воно допомагає живим організмам краще протистояти мутаціям, знижуючи ризики критичних помилок у білках. Проте для синтетичних організмів така надмірність — не обов’язкова, що й дало можливість оптимізувати код.
Команда вчених вирішила замінити повторювані кодони на синонімічні — тобто ті, що мають однакове функціональне значення. У результаті було видалено чотири з шести кодонів, які кодують серин, два з чотирьох кодонів для аланіну та один стоп-кодон. Усі ці зміни реалізували шляхом понад 101 тисячі точкових змін у геномі бактерії.
Як створювали повністю синтетичний геном
Розробка Syn57 стала результатом багаторічної праці. На першому етапі дослідники спроєктували новий геном за допомогою комп’ютерного моделювання — у вигляді 100-кілобайтних фрагментів. Потім почався етап фізичної реалізації: фрагменти синтезованого ДНК вставляли в живі бактерії поетапно, уважно перевіряючи, чи не шкодять ці зміни життєдіяльності організму.
За словами синтетичного біолога Веслі Робертсона, одного з авторів дослідження, у процесі команда неодноразово стикалася з труднощами та сумнівами. «Ми точно переживали моменти, коли думали: це глухий кут чи все ж ми доведемо справу до кінця?» — цитує його The New York Times.
Попереднім кроком до цього досягнення було створення бактерії Syn61 — штаму з 61 кодоном у 2019 році. Ту бактерію також розробила ця ж команда, але тепер вона пішла ще далі, скоротивши генетичний код до 57 кодонів — новий світовий рекорд.
Цей проєкт демонструє, що життя може функціонувати навіть із суттєво скороченим набором інструкцій у ДНК, якщо ці інструкції залишаються достатніми для побудови необхідних білків.
Які можливості відкриває Syn57 для науки та промисловості
Скорочений генетичний код дає змогу «вивільнити» частину кодонів для нових функцій. У майбутньому це дозволить вводити у бактерії нестандартні (неканонічні) амінокислоти, створювати нові білки та навіть синтетичні полімери, які не зустрічаються в природі. Це відкриває шлях до нових матеріалів, ліків і біотехнологічних процесів.
Крім того, оскільки код Syn57 незрозумілий для природних вірусів, бактерія отримала своєрідний імунітет до інфекцій. Це може суттєво знизити ризики вірусного зараження під час промислового використання бактерій — наприклад, у виробництві інсуліну або ферментів, де вірусні атаки можуть призвести до значних збитків.
Ще одна важлива перевага — обмеження на горизонтальне перенесення генів. Завдяки переписаному генетичному коду, навіть у випадку витоку бактерій у довкілля, вони не зможуть «обмінюватися» своїм ДНК з природними організмами. «Ми можемо запобігти витоку інформації з нашого синтетичного організму», — зазначив Робертсон у розмові з The New York Times.
Syn57 — це більше, ніж просто наукова новинка. Це доказ того, що синтетичне життя може бути спроєктоване не лише для існування, а й для безпеки, гнучкості та розширеного функціоналу. За словами авторів, це «переміщення життя в нові простори генетичного простору, яких природа досі не досягала».
Такий підхід може лягти в основу наступного покоління біологічних систем: захищених від вірусів, контрольованих, здатних створювати нові матеріали або хімічні сполуки. Водночас необхідно формувати відповідні етичні рамки та системи контролю, щоб уникнути ризиків при подальшому використанні таких організмів у природі.
Раніше ми писали, що кишкові бактерії здатні накопичувати «вічні хімікати» — дослідження
