Полусинтетическая бактерия впервые создала совершенно новый белок

Вся жизнь на Земле зиждется на одних и тех же строительных «кирпичиках» ДНК. Напомним, что главная молекула состоит из пар четырёх азотистых оснований: А, Ц, Т и Г (аденин, цитозин, тимин и гуанин). В паре они образуют лестничные ступени, и теперь у этой лестницы появилась новая ступень.

Исследователи Научно-исследовательский института Скриппса объявили: их полусинтетический штамм бактерии кишечной палочки (Escherichia coli) – первый в мире организм, содержащий неестественные основания в своей ДНК. Причём эти микроорганизмы использовали «обновлённую» генетическую инструкцию, чтобы произвести совершенно новый не существующий в природе белок. Результаты работы группы Института Скриппса опубликованы в научном издании Nature.

Исследователи не раз задумывались: а что, если создать новые искусственные азотистые основания и добавить их к генетическому коду? Ранее специалисты Научно-исследовательского института Скриппса создали полусинтетические штаммы бактерии с двумя новыми искусственными основаниями (мы рассказывали об этом). Иными словами, они расширили генетический «алфавит», создав две искусственные ДНК-буквы – X и Y.

Исследовательская группа работала над созданием устойчивого живого организма с новыми неестественными парами оснований ДНК в течение нескольких лет. В начале 2017 года учёным после нескольких неудачных попыток всё-таки удалось создать первую жизнеспособную полусинтетическую бактерию с дополнительными азотистыми основаниями.

Специалисты химически «подправили» её, чтобы та смогла жить и размножаться с дополнительными включениями в ДНК. Позднее микроорганизм смог передать свои синтетические Х и Y новому поколению.

Исследователи посчитали, что следующий шаг – заставить организм вырабатывать новые молекулы белков, используя те самые синтетические основания.

Напомним, что все организмы производят белки из цепочек аминокислот, используя стандартные четыре буквы ДНК-«алфавита». И жизнь, как известно, опирается на стандартные 20 аминокислот. Новое исследование показало: при помощи добавления двух новых букв в ДНК-«алфавит» организм может создавать до 152 новых аминокислот.

Проще говоря, это означает, что могут быть созданы совершенно новые молекулы, которые гипотетические могли бы стать основой… для новых лекарств.

Теперь же создание совершенно нового и неестественного белка было успешно продемонстрировано при помощи полусинтетического организма. Полученный белок стал вариантом зелёного флуоресцентного белка GFP (естественно светящего маркера, часто использующегося в генетических экспериментах). GFP также содержит неестественные аминокислоты.

То есть эти светящиеся белковые маркеры являются первыми искусственными молекулами, когда-либо созданными полусинтетическими организмами.

Исследование показало, что метод действительно работает, но в конечном итоге «мы хотели бы получить белки, которые могут работать по-новому», говорит ведущий автор исследования профессор Флойд Ромесберг (Floyd Romesberg).

Специалисты изучали то, как измененная E. coli считывала искусственный генетический код и собирала кусочки нового белка. Оказалось, что делала она это так же эффективно, как при использовании нормальной ДНК.

Впрочем, пока трудно понять, какими будут последствия этого научного прорыва. В то время как современные методы генной инженерии помогают учёным экспериментировать с изменением экспресии существующих генов, у новых полусинтетических организмов совершенно новый «язык».

В будущем работы такого рода помогут учёным создавать совершенно новые молекулы. Основная цель синтетической биологии — проектирование организмов, которые работают по-другому. Учёные планируют использовать их на благо человечества, например, для создания новых лекарств, биотоплива или других продуктов. При этом они не забывают разрабатывать механизмы, которые не позволят таким «инопланетянам» бежать из стен лаборатории.