A tudósok új betűket adnak a baktériumok genetikai „ábécéjéhez”

Esetleg milliárdok óta írják a Föld életének DNS-terveit mindössze négy genetikai „betűvel” - A, T, G és C. Szerdán a tudósok bejelentették, hogy még kettőt adtak hozzá.

A Nature folyóiratban megjelent cikkben a La Jolla-i Scripps Research Institute biomérnöke elmondta, hogy két szintetikus molekulát sikeresen beillesztettek egy Escherichia coli baktérium, amely túlélte és továbbadta az új genetikai anyagot.

A természetben előforduló adenin, timin, guanin és citozin nukleotidok mellett, amelyek a DNS kettős spirálszerkezetének lépcsőit alkotják, a baktérium további két bázispár partnerrel rendelkezik, amelyeket a tanulmány szerzői d5SICS-nek és dNaM-nek neveztek el.

Több mint egy évtizede a tudósok úgynevezett természetellenes bázispárokkal, vagy UBP-kkel kísérleteznek, mondván, hogy kulcsuk lehet az új antibiotikumok, a jövőbeni rákellenes gyógyszerek, a továbbfejlesztett oltások, a nanoanyagok és más újítások számára.

Eddig azonban ezeket a kísérleteket mind kémcsövekben végezték.

"Ezek a természetellenes bázispárok szépen működtek in vitro, de a nagy kihívás az volt, hogy az élő sejt sokkal összetettebb környezetében dolgozzanak" - mondta Denis Malyshev vezető tanulmány szerzője, a Scripps molekuláris és kémiai biológusa. elkészített nyilatkozat.

Az új genetikai anyag nem tűnt mérgezőnek a baktériumokra, és csak meghatározott laboratóriumi körülmények között marad meg a szervezet genomjában. Természetes környezetben a molekulák - a nukleozid-trifoszfátok - egy-két nap alatt lebomlanak és eltűnnek. Miután eltűnnek, a baktérium visszatér természetes bázispáros elrendezéséhez.

Ennek ellenére a szakértők szerint a szintetikus anyagokat be kell helyezni E. coli a genom mérföldkő volt.

"Ez mindenképpen jelentős eredmény" - mondta Ross Thyer, az austini Texasi Egyetem szintetikus biológusa, aki nem vett részt a kutatásban. "Amit a legjobban izgatott vagyok, hogy ez hogyan segít megválaszolni néhány nagyobb evolúciós kérdést: Miért telepedett le az élet egy meghatározott alapra."

Malyshev és munkatársai úgy készítették el a félszintetikus baktériumot, hogy genetikailag megterveztek egy gyűrűszerű DNS-t, amelyet plazmidnak neveztek.

A módosított plazmid tartalmazta E. coli az összehangolt A, T, G és C nukleotidok, valamint két mesterséges molekula szokásos komplementere, amelyek összekapcsolódva új lépcsőt képeznek a DNS-létrán.

Sokkal bonyolultabb volt a feladat, hogy a baktériumok fenntartsák ezeket a molekulákat a DNS-ben.

Mint minden genetikai anyag, az új molekulák is idővel lebomlanak. Bár a sejtek rutinszerűen javítják a természetben előforduló nukleotidjaikat a kezükben lévő anyagokkal, a E. coli nincsenek eszközei az idegen szintetikus anyagok előállítására.

Ha ennek az ember által készített genetikai anyagnak a baktériumokon belüli túlélése és a szaporodás során továbbvihető lenne, a tanulmány szerzői úgy vélekedtek, hogy a sejteket az új anyagot tartalmazó oldattal kell körülvenniük. Létre kellene hozniuk egy kaput is, amelyen keresztül a szintetikus molekulák bejuthatnak a sejtbe.

A portál létrehozásához a tanulmány szerzői egy E. coli törzs, amely alganukleotid-trifoszfát transzporter (NTT) fehérjét expresszált, amely felismeri a szükséges molekulákat egy környező közegben, és a sejtbe kíséri őket.

"Ez volt a nagy áttörés számunkra" - mondta Malyshev.

Amint ezek a feltételek teljesültek, a félszintetikus baktériumok életben maradtak, és úgy tűnt, hogy „jelentős növekedési teher nélkül” szaporodnak. A sejt nem támadta meg és nem távolította el az idegen anyagot.

"Így az így létrejött baktérium az első olyan szervezet, amely stabilan terjeszti a kibővített genetikai ábécét" - írták a szerzők.

A szintetikus biológusok következő lépése az lesz, hogy okot adnak a kísérleti sejteknek arra, hogy meg akarják tartani a szintetikus genetikai kódolást.

"Jelenleg, ha fokozatosan elvesznek, a sejtek nem törődnek velük" - mondta Thyer. „Tehát a következő nagy kihívás az, hogy a sejteket úgy tervezzük, hogy függővé váljanak ezektől a természetellenes alapoktól. Biztosítanunk kell nekik valamilyen funkciót, amely jelentős előnyt jelent a sejteknek. "