Вероятно милиарди години ДНК схемите за живот на Земята са написани само с четири генетични „букви“ - A, T, G и C. В сряда учените обявиха, че са добавили още две.

генетичната

В статия, публикувана в списание Nature, биоинженерите от Изследователския институт Scripps в Ла Джола заявиха, че са вкарали успешно две синтетични молекули в генома на Ешерихия коли бактерия, която оцеля и предаде новия генетичен материал.

В допълнение към естествено срещащите се нуклеотиди аденин, тимин, гуанин и цитозин, които образуват стъпалата на структурата на двойната спирала на ДНК, бактерията носи още два партньора на двойки основи, които авторите на изследването са нарекли d5SICS и dNaM.

Повече от десетилетие учените експериментират с така наречените неестествени базови двойки или UBP, заявявайки, че те могат да държат ключа към новите антибиотици, бъдещи лекарства срещу рак, подобрени ваксини, наноматериали и други иновации.

Досега обаче всички тези експерименти са провеждани в епруветки.

„Тези неестествени базови двойки са работили прекрасно in vitro, но голямото предизвикателство е да ги накараме да работят в много по-сложната среда на жива клетка“, казва водещият автор на изследването Денис Малишев, молекулярен и химичен биолог от Scripps, в изготвено становище.

Новият генетичен материал не изглежда токсичен за бактериите и той остава само в генома на организма при специфични лабораторни условия. В естествена среда молекулите - нуклеозидни трифосфати - се разграждат и изчезват за ден-два. След като изчезнат, бактерията се връща обратно към естественото си подреждане на двойката основа.

И все пак експертите казаха, че влагането на синтетичните материали в Е. coli’s геномът беше крайъгълен камък.

„Това определено е значително постижение“, каза Рос Тиер, синтетичен биолог от Тексаския университет в Остин, който не участва в изследването. „Това, което най-много ме вълнува, е как това ще ни помогне да отговорим на някои по-големи еволюционни въпроси: Защо животът се е спрял на конкретен набор от основи.“

Малишев и колеги започнаха да създават полусинтетична бактерия чрез генетично проектиране на участък от пръстеновидна ДНК, известна като плазмид.

Конструираният плазмид съдържа Е. coli’s обичайно допълнение от координирани A, T, G и C нуклеотиди, както и две изкуствени молекули, които се съединяват, за да образуват ново стъпало на ДНК стълбата.

Но задачата да накараме бактериите да поддържат тези молекули в тяхната ДНК беше далеч по-трудна.

Както всички генетични материали, новите молекули се разграждат с течение на времето. Въпреки че клетките редовно възстановяват естествените си нуклеотиди с подръчни материали, Е. coli нямат средства за производство на чужди синтетични материали.

Ако този генетичен материал, създаден от човека, трябва да оцелее в бактериите и да се предаде по време на репродукцията, авторите на изследването разсъждават, че ще трябва да обграждат клетките с разтвор, съдържащ новия материал. Те също така ще трябва да създадат врата, през която синтетичните молекули да влизат в клетката.

За да създадат този портал, авторите на изследването са проектирали Е. coli щам, който експресира протеин от водорасли нуклеотиден трифосфатен транспортер (NTT), който ще разпознае необходимите молекули в околната среда и ще ги придружи в клетката.

„Това беше големият пробив за нас“, каза Малишев.

След като тези условия са били изпълнени, полусинтетичните бактерии оцеляват и изглежда се размножават без „осезаема тежест за растежа“, пишат авторите. Също така клетката не е атакувала и премахвала чуждия материал.

"Така получената бактерия е първият организъм, който стабилно размножава разширена генетична азбука", пишат авторите.

Следващата стъпка за синтетичните биолози ще бъде да дадат причина на експерименталните клетки да искат да запазят синтетичното генетично кодиране.

„В момента, ако постепенно се загубят, клетките не се интересуват“, каза Тиер. „Така че едно от следващите големи предизвикателства е да се проектират клетките да станат зависими от тези неестествени основи. Трябва да им дадем някаква функция, която осигурява значителна полза за клетките. "