Вчені додають нові літери до генетичного "алфавіту" бактерій

Протягом, можливо, мільярдів років схеми ДНК для життя на Землі були написані лише чотирма генетичними "буквами" - A, T, G і C. У середу вчені оголосили, що додали ще дві.

У статті, опублікованій у журналі Nature, біоінженери з Науково-дослідного інституту Скриппса в Ла-Хойї заявили, що вони успішно ввели дві синтетичні молекули в геном бактерії кишкової палички, яка вижила і передала новий генетичний матеріал.

На додаток до природних нуклеотидів аденіну, тиміну, гуаніну та цитозину, які утворюють сходинки структури подвійної спіралі ДНК, бактерія несла ще двох партнерів-пар основ, яких автори дослідження назвали d5SICS та dNaM.

Вже більше десяти років вчені експериментують з так званими неприродними парами основ, або UBP, заявляючи, що вони можуть мати ключ до нових антибіотиків, майбутніх препаратів проти раку, вдосконалених вакцин, наноматеріалів та інших нововведень.

Однак до цих пір ці експерименти проводились у пробірках.

"Ці неприродні базові пари чудово працювали in vitro, але великою проблемою було змусити їх працювати в набагато складніших середовищах живої клітини", - сказав провідний автор дослідження Денис Малишев, молекулярно-хімічний біолог із Скриппса. підготовлену заяву.

Новий генетичний матеріал не виявився токсичним для бактерій, і він залишається в геномі організму лише за певних лабораторних умов. У природному середовищі молекули - нуклеозидні трифосфати - розкладаються і зникають через день-два. Як тільки вони зникають, бактерія повертається до свого природного розташування пар основ.

Однак експерти вважають, що введення синтетичних матеріалів в геном кишкової палички є важливою подією.

"Це, безумовно, є значним досягненням", - сказав Росс Тієр, синтетичний біолог з Техаського університету в Остіні, який не брав участі у дослідженні. "Мені найбільше приємно, як це допоможе нам відповісти на деякі великі еволюційні питання: чому життя зупинилося на певних засадах".

Малишев та його колеги створили напівсинтетичну бактерію шляхом генетичної інженерії ділянки кільцеподібної ДНК, відомої як плазміда.

Сконструйована плазміда містила звичайний комплект узгоджених нуклеотидів A, T, G і C E. coli, а також дві штучні молекули, які з’єднуються, утворюючи нову сходинку на сходах ДНК.

Але завдання отримати бактерії для утримання цих молекул у своїй ДНК було набагато складнішим.

Як і весь генетичний матеріал, нові молекули з часом деградують. Хоча клітини регулярно відновлюють свої природні нуклеотиди за допомогою підручних матеріалів, кишкова паличка не має засобів для отримання чужорідних синтетичних матеріалів.

Якщо цей створений людиною генетичний матеріал мав би вижити в бактеріях і передати його під час розмноження, автори дослідження обгрунтували, що їм доведеться оточувати клітини розчином, що містить новий матеріал. Їм також довелося б створити дверний отвір, через який синтетичні молекули могли б потрапляти в клітину.

Щоб створити цей портал, автори дослідження спроектували штам E. coli, який експресував білок транспортера трифосфату водорості (NTT), який розпізнавав би необхідні молекули в оточуючому середовищі та супроводжував їх до клітини.

"Це був великий прорив для нас", - сказав Малишев.