Учёные создали первый стабильный полусинтетический организм

Генетический код жизни всегда содержал только четыре природных основания. Они образуют две "пары оснований" — "ступеньки" лестницы ДНК — и их перестановка создаёт бактерий и бабочек, пингвинов и людей. Четыре основания составляют всю известную нам жизнь.

До сих пор. Учёные из Научно-исследовательского института Скриппса (TSRI) объявили о создании первого стабильного полусинтетического организма. Развивая своё исследование 2014 года, в котором они синтезировали пару оснований ДНК, исследователи создали новую бактерию. Она использует четыре природных основания (A, T, C и G), которые есть у всех живых организмов, но также содержит в своём генетическом коде два синтетических основания, X и Y.

Профессор TSRI Флойд Ромесберг и его коллеги показали, что их одноклеточный организм может неограниченно долго удерживать синтетическую пару оснований при делении. Их исследование было опубликовано 23 января 2017 года онлайн в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Мы сделали этот полусинтетический организм более похожим на жизнь", — сказал Ромесберг.

Хотя практическое применение такого организма ещё далеко, работа может быть использована для создания новых функций у одноклеточных организмов, важных для открытия лекарств и многого другого.

Создание уникального организма

В 2014 году Ромесберг и его коллеги не только представили основания X и Y, но и показали, что модифицированные бактерии E. coli могут включать эту синтетическую пару в свой генетический код. Однако эти E. coli не могли сохранять пару оснований в коде неограниченно долго при делении. Пара X и Y со временем терялась, ограничивая использование дополнительной информации в ДНК.

"Ваш геном должен быть стабильным на протяжении всей жизни. Если полусинтетический организм действительно будет организмом, он должен стабильно сохранять эту информацию", — пояснил Ромесберг.

Чтобы организм мог удерживать искусственную пару оснований, аспирант TSRI Йорке Чжан и постдок Брайан Лэмб оптимизировали два ключевых компонента:

1. Транспортёр нуклеотидов, который доставляет материалы для копирования неестественной пары через клеточную мембрану. Его модификация устранила токсичность, мешавшую росту организма.
2. Молекулу Y. Новая версия Y лучше распознавалась ферментами, синтезирующими ДНК во время репликации, что облегчило копирование синтетической пары.

Новое применение для CRISPR-Cas9

Исследователи создали систему "проверки орфографии" для организма, использовав инструмент CRISPR-Cas9. Вместо редактирования генома они применили его исходную функцию в бактериях — иммунный ответ.

Организм был запрограммирован рассматривать генетическую последовательность без X и Y как чужеродную угрозу. Клетка, потерявшая X и Y, помечалась для уничтожения. Это сделало организм "иммунным" к потере неестественной пары оснований.

Полусинтетический организм сохранял X и Y в своём геноме после 60 делений, что позволяет предположить возможность удерживать пару неограниченно долго.

Основа для будущих исследований

Ромесберг подчеркнул, что работа ведётся только с одноклеточными организмами и не предназначена для использования в более сложных. Практическое применение организма на данный момент равно "нулю" — пока учёные могут лишь заставить его хранить генетическую информацию.

Следующий шаг — изучение того, как новый генетический код может транскрибироваться в RNA, что необходимо для трансляции ДНК в белки. "Это исследование закладывает основу для нашей будущей работы", — сказал Чжан.