Штучне життя: створено організм із цілком синтетичним геномом
Вчені створили* кишкову паличку Escherichia coli із штучно синтезованим геномом. Три кодони в геномі були замінені на синонімічні, що скоротило генетичний код з 64 до 61 позиції. Геном першого організму з синтезованим in vitro геномом, бактерії Mycoplasma mycoides, містив мільйон пар основ. Цього разу розмір штучного геному сягнув чотирьох мільйонів пар основ
Колектив вчених із Кембриджа створив кишкову паличку із синтезованою denovo хромосомою розміром 4 мільйони пар основ. Зібрати такий грандіозний геном вдалося частинами в клітинах бактерії, завдяки її здатності до рекомбінації ДНК. Вчені розбили геном кишкової палички MDS42 на 37 фрагментів, що перекриваються, розміром трохи більше 100 тисяч пар основ. Кожен такий шматок зібрали з менших шматочків за допомогою рекомбінації в дріжджових клітинах, а потім ввели до складу плазмід в клітини MDS42 та змусили клітини E. coli обміняти фрагменти своєї хромосоми на фрагменти синтетичної.
Так вчені отримали сім різних штамів, що містять в складі геному сім великих фрагментів синтетичної хромосоми, після чого індукували в бактеріях процес кон’югації, при якому можливий обмін генетичною інформацією. Так всі сім фрагментів штучної ДНК опинилися в одній бактерії. Цей цілком «синтетичний» штам E. coli отримав назву Syn61.
Автори не просто відтворили природну хромосому кишкової палички, а й добряче поекспериментували з генетичним кодом. Зокрема вони замінили кодони TCG і TCA, що кодують амінокислоту серин, на синонімічні (як відомо, для серину в генетичному коді є цілих шість кодонів). Крім того, автори видалили з коду один із стоп-кодонів – кодон TAG, та замінили його на TAA. Загалом в синтетичній хромосомі було замінено 18214 кодони. Бактерії із синтетичною хромосомою почуваються нормально та ростуть лише в 1,6 рази повільніше, ніж їх дикі предки.
Робота є дуже важливим кроком не тільки тому, що це найбільший зі створених штучних геномів, а й тому, що демонструє принципову можливість існування життя з урізаним генетичним кодом. А відпрацювання технології синтезу життєздатних бактеріальних хромосом в майбутньому допоможе у створенні організмів із незвичними властивостями, наприклад, таких, що містять амінокислоти, які не зустрічаються в природі. Для їх «кодування» можуть бути використані згадані вище замінені кодони TCG, TCA, TAA.
Раніше бактерії змушували синтезувати нові білки через розширення генетичного коду, а саме введення в нього нових букв.
Читайте також: В Китаї народилися мавпи-клони з відредагованим геномом
* Fredens J, Wang K, de la Torre D et al. Total synthesis of Escherichia coli with a recoded genome // Nature, Published: 15 May 2019. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1192-5
