Opracowano bakterię odporną na wirusy z uproszczonym kodem genetycznym
Dzięki wieloletnim badaniom naukowcy stworzyli wyjątkową bakterię o uproszczonym kodzie genetycznym, co czyni ją odporną na wirusy i umożliwia wprowadzenie nowych funkcji w przyszłości. Syn57 rozwija się wolniej niż naturalne bakterie, ale oferuje perspektywy rozwoju nowych rozwiązań w produkcji leków, medycynie czy nawet elektronice dzięki możliwości kodowania innych aminokwasów. Autorzy projektu nie ustają w testach i pracach nad dalszą optymalizacją.
Bakteria, której kod genetyczny jest wydajniejszy od kodu jakiejkolwiek innej formy życia na Ziemi? Naukowcy uważają, że udało im się ją stworzyć. Nazwali ją "Syn57" i jest bioinżynieryjnym szczepem E. coli, który wykorzystuje o siedem kodonów mniej niż całe życie na Ziemi.
Jak to się zaczęło?
Kodon to trzyliterowa sekwencja występująca w DNA i RNA, która dostarcza instrukcje dla aminokwasów. Przez ostatnie miliardy lat całe życie na Ziemi korzystało z 64 kodonów. Badacze w 1966 roku złamali kod, który szczegółowo opisał, które kodony odpowiadają poszczególnym dwudziestu aminokwasom. DNA składa się z czterech liter: adeniny (A), tyminy (T), guaniny (G) i cytozyny (C), a komórka czyta je po trzy naraz - ten trzyliterowy zestaw to kodo, a każdy kodon to jeden aminokwas, z którego budowane są białka.
Badacze odkryli, że niektóre kodony były zbędne, bo do budowy białek potrzebujemy tylko 20 różnych aminokwasów, więc od razu pojawił się pomysł na odcięcie tych niepotrzebnych, aby stworzyć bardziej wydajny organizm.
W 2010 roku naukowcy szczegółowo opisali poszczególne kroki podjęte w celu stworzenia pierwszej na świecie syntetycznej komórki bakteryjnej. Ukończenie tego osiągnięcia zajęło około 15 lat i wymagało ogromnych funduszy, lecz wciąż była to komórka z 64 kodonami.
Dopiero w 2019 roku badaczom z Uniwersytetu Cambridge udało się przebudować nić E. coli do 61 kodonów, udowadniając, że życie może funkcjonować z uproszonym kodem genetycznym.
Najnowsza bakteria E. coli z 57 kodonami
Teraz posunięto się jeszcze dalej. Aby stworzyć "Syn57", naukowcy musieli przejść przez żmudny proces precyzyjnej modyfikacji ponad 101 000 linii kodu genetycznego, wykorzystując najnowsze postępy w syntezie DNA. Bakterię zaprojektowali od podstaw, unikając od samego początku niektórych zbędnych kodonów. Przy każdym kroku monitorowali stan zdrowia bakterii i po kolei wypróbowywali wiele strategii kompresji kodonów na niewielkim fragmencie genomu.
- Mapowanie i korygowanie na każdym etapie syntezy było często kluczowe dla umożliwienia przejścia do kolejnego kroku - napisał zespół. Te eksperymenty pomogły wychwycić wadliwe projekty i doprowadziły do poprawek, które dostroiły cały syntetyczny genom.
Zespół przechodził przez chwile zwątpienia, jednak udało się - nowy mikroorganizm funkcjonuje przy użyciu zaledwie 57 kodonów. Bakterie rosły na galaretowatej powierzchni i w pożywnym płynie, ale cztery razy wolniej niż ich naturalne odpowiedniki.
Daje to możliwość dalszego rozszerzania kodu genetycznego. Nowy model jest nieczytelny dla naturalnie występujących wirusów, co czyni bakterię na nie odporną, a to może sprawić, że produkcja leków stanie się tańsza i bardziej niezawodna poprzez wyeliminowanie kosztownego zagrożenia, jakie obecnie wirusy stwarzają dla tego procesu. Ponadto dodatkowe miejsca w genomie można wykorzystać do wprowadzenia innych aminokwasów, które w konsekwencji mogłyby znaleźć zastosowanie w medycynie lub elektronice. Autorzy starają się teraz udoskonalić swoje dzieło.
