Генетический код под замком: как Syn57 изменит будущее медицины и биотехнологий

Ученые из Лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета Великобритании совершили прорыв в области синтетической биологии, создав бактерию Escherichia coli (E. coli) с радикально переписанным генетическим кодом. Новый штамм, получивший название Syn57, содержит всего 57 кодонов вместо обычных 64, что делает его геном самым коротким из всех, известных в природе.

Это революционное достижение открывает новые горизонты для создания новых лекарств, уникальных материалов и биологических систем, устойчивых к вирусным инфекциям. Исследование было опубликовано в престижном научном журнале Science.

Генетический код, лежащий в основе жизни всех живых организмов, состоит из последовательностей из трех нуклеотидов, называемых кодонами. Эти кодоны служат инструкциями для сборки аминокислот, из которых строятся белки, выполняющие жизненно важные функции в клетках. В природе существует 64 различных кодона, однако для кодирования 20 аминокислот и сигнала окончания работы клетки достаточно 21 кодона. Остальные кодоны выполняют дублирующие функции, что делает генетический код избыточным.

Перепрофилирование кодонов: новые возможности для науки

Сокращение генетического кода открывает невероятные возможности для ученых. "Освободив" лишние кодоны, можно перепрофилировать их для создания аминокислот, которые в природе не встречаются. Это, в свою очередь, может привести к разработке новых лекарств с улучшенными свойствами, уникальных материалов с новыми характеристиками и даже к созданию бактерий, невосприимчивых к вирусам, что является важной задачей современной науки.

Ранее, в 2019 году, ученые уже создали штамм E. coli Syn61, содержащий 61 кодон. Этот эксперимент потребовал внесения 18 тысяч изменений в ДНК бактерии. Однако новый штамм Syn57 представляет собой еще более сложную задачу, требующую большего количества правок.

На этот раз команда под руководством биолога-синтетика Уэсли Робертсона внесла более 100 тысяч правок, чтобы получить Syn57.

"Это был колоссальный труд. Работа заняла четыре года и потребовала множества проб и ошибок", — рассказал Робертсон, подчеркивая масштаб работы, проделанной учеными.

Рост и модификации: перспективы улучшения

В настоящее время Syn57 растет в четыре раза медленнее, чем обычная E. coli, но ученые уверены, что дальнейшие модификации позволят ускорить рост бактерии. Уже известно, что предшественник Syn61 успешно используется для создания более надежных лекарств, что подтверждает потенциал этого подхода. По словам Робертсона, Syn57 представляет собой "радикально перекодированный геном" и является примером того, как синтетическая биология может перемещать генетические последовательности в "области, недоступные естественной жизни".

Параллельно с британскими учеными, аналогичные исследования ведет команда Акоса Ньергеса из Гарвардской медицинской школы, которая создает свой вариант Syn57, используя другой набор "освобожденных" кодонов. Их проект пока разбит на семь отдельных фрагментов ДНК, но ученые уверены, что смогут объединить их в полноценный рабочий геном, демонстрируя важность сотрудничества в области науки.

Главная значимость открытия заключается в том, что ученые приблизились к созданию организмов с полностью переписанным, минималистичным генетическим кодом. Это открывает путь к производству веществ, которые невозможно получить традиционными методами, и к разработке биологических систем, невосприимчивых к вирусным инфекциям, что может произвести революцию в медицине и биотехнологиях.

Интересные факты о бактериях:

• Бактерии — это одноклеточные микроорганизмы, которые существуют практически повсюду.
• В человеческом теле содержится больше бактериальных клеток, чем клеток человека.
• Бактерии играют важную роль в экосистемах, участвуя в разложении органических веществ.
• Некоторые бактерии могут вызывать заболевания, но многие являются полезными для человека.

Создание бактерии Syn57 с переписанным генетическим кодом — это выдающееся достижение в области синтетической биологии. Оно открывает новые возможности для разработки инновационных лекарств, материалов и биологических систем, устойчивых к вирусным инфекциям. Это демонстрирует огромный потенциал синтетической биологии для решения самых сложных проблем современной науки.