Учёные создают принципиально новые геномы в бактериях

В двух параллельных проектах исследователи создали новые геномы внутри бактерии E. coli, испытывая пределы генетического перепрограммирования и открывая новые возможности для повышения гибкости, продуктивности и безопасности биотехнологий.

Два ключевых достижения

1. Полностью перекодированный организм

• Учёные создали первый в мире полностью геномно перекодированный организм.
• Во всём геноме E. coli были заменены все 321 экземпляр определённого "генетического трёхбуквенного слова" — кодона — на синонимичный кодон.
• Затем исходный кодон (с новым значением, кодирующим новую аминокислоту) был возвращён в бактерию. Это расширило её "словарный запас" и позволило производить белки, не встречающиеся в природе.

2. Масштабная замена кодонов

• В 42 отдельных генах E. coli удалили все вхождения 13 различных кодонов, заменяя их на функционально идентичные.
• В результате 24% ДНК в целевых генах было изменено, но производимые белки остались идентичными исходным.
• Эксперимент показал, что все 13 выбранных кодонов можно заменить, открывая путь к их замене во всём геноме.

Значение для биотехнологий

Перекодированные геномы могут обеспечить:

• Защиту от вирусов, снижающих продуктивность в промышленности.
• Предотвращение утечки генетически модифицированных признаков в дикую природу, так как новые геномы будут несовместимы с природными.
• Новые химические возможности, например, добавление стабильных полимеров к терапевтическим молекулам для увеличения времени их циркуляции в крови.

"Если мы внесём множество изменений и представим этот дико новый геном вирусу, он скажет: 'Я сдаюсь'", — объясняет Джордж Чёрч, ведущий автор исследований.

Методология: синтез технологий и эволюции

Исследователи использовали комплексный подход, сочетающий:

• Передовые инструменты: секвенирование нового поколения, синтез ДНК на чипе, методы редактирования генома MAGE и CAGE.
• Силу естественного отбора: создавая миллиарды прототипов бактерий с разными геномами, учёные позволяют выжить наиболее приспособленному штамму.

Результаты работ опубликованы в журнале Science.