Будь-який організм можна створити "з нуля"?

Вчені з Лабораторії молекулярної біології Медичної дослідницької ради в Кембриджі створили перший у світі живий організм, який має повністю синтетичний і радикально змінений код ДНК, інформує Ukr.Media.

Виготовлений в лабораторії мікроб — штам бактерій Escherichia coli (E coli), які зазвичай знаходяться в ґрунті і кишечнику людини, і схожий на своїх природних кузенів, але виживає завдяки меншому набору генетичних інструкцій.

Його існування доводить, що життя може існувати з обмеженим генетичним кодом, і прокладає шлях для організмів, чий біологічний механізм може використовуватися для виробництва ліків і корисних матеріалів, або для додавання нових функцій, таких як стійкість до вірусу.

Що таке редагування генів і як його можна використовувати для переписування коду життя?

Штучний геном містить 4 метри пар підстав, одиниці генетичного коду, позначені літерами G, A, T і C. Надрукований на аркушах формату А4, він займає 970 сторінок, що робить геном найбільшим на сьогоднішній день, який є у вчених.

«Було зовсім неясно, чи можна зробити такий геном таким великим і чи можна його змінити», — сказав Джейсон Чин, експерт з синтетичної біології, який керував проектом.

ДНК, згорнута в клітку, містить інструкції, необхідні для її функціонування. Наприклад, коли клітці потрібно більше білка для росту, вона зчитує ДНК, що кодує потрібний білок. Букви ДНК читаються в тріо, званих кодонами, такими як TCG і TCA.

Майже все життя, організми від медузи до людини, використовують 64 кодона. Але багато хто з них роблять ту ж роботу. В цілому 61 кодон утворює 20 природних амінокислот, які можна зв'язати разом, як намисто на мотузочці, для створення будь-якого білка. Насправді ще три кодона є знаками зупинки: вони повідомляють клітці, коли білок готовий, як повна зупинка, позначає кінець цієї пропозиції.

Кембриджська команда вирішила змінити геном E coli, видаливши деякі з її зайвих кодонов. Працюючи на комп'ютері, вчені переглянули її ДНК. Всякий раз, коли вони стикалися з TCG, кодоном, який виробляє амінокислоту під назвою серин, вони переписували її як AGC, яка виконує ту ж роботу. Вони замінили ще два кодона аналогічним чином.

Більш ніж 18 000 змін, вчені видалили кожне входження трьох кодонов з генома бактерії. Перероблений генетичний код був потім хімічно синтезований і по частинах доданий в E coli, де він замінив природний геном організму. Результатом став мікроб з повністю синтетичним і радикально зміненим кодом ДНК. Він росте повільніше, ніж звичайний, але тим не менш виживає.

Такі штучні форми життя можуть стати в нагоді, вважає Чин. Оскільки їх ДНК різна, віруси будуть щосили розповсюджуватися всередині них, роблячи їх стійкими до вірусів. Це може принести користь.

E coli вже використовується біофармацевтичною промисловістю, щоб зробити інсулін для лікування діабету та інших медичних сполук для лікування раку, розсіяного склерозу, серцевих нападів і захворювань очей, але і цілі цикли виробництва можуть бути зіпсовані, коли бактеріальні культури забруднюються вірусами або іншими мікроорганізмами.

Але це ще не все: в майбутній роботі генетичний код, який звільнився можна було б використовувати знову, щоб змусити клітини виробляти ферменти, білки і ліки.

У 2010 році американські вчені оголосили про створення першого у світі організму з синтетичним геномом. Mycoplasma mycoides має менший геном, ніж E coli — близько 1 пар підстав — і не була радикально змінена.

Взявши за основу бактерію Mycoplasma mycoides, чий геном складається з 901 гена, вчені змогли виокремити з них тільки ті, які виявилися реально необхідні для життєдіяльності і розмноження. В результаті їм вдалося скоротити кількість генів до 437, необхідних для самостійного існування нового організму, і отримати абсолютно нову бактерію, не існує в природі.

Доктор Крейг Вентер, керівник групи дослідників, вже зробив заяву про те, що зроблений прорив назавжди ставить хрест на гіпотезі про існування особливої «життєвої сили», що відрізняє живу матерію від неживої.