Ученые переписали ДНК кишечной палочки и создали новую бактерию

В журнале Science опубликовано исследование, в котором ученые из Лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета Великобритании представили бактерию Escherichia coli с радикально переписанным генетическим кодом. Новый штамм Syn57 содержит всего 57 кодонов вместо обычных 64, что делает его геном короче любого, встречающегося в природе.

Генетический код всех живых организмов состоит из последовательностей из трех нуклеотидов — так называемых кодонов. Они служат инструкциями для сборки аминокислот, из которых строятся белки. В природе существует 64 кодона, но для кодирования 20 аминокислот и сигнала окончания работы клетке достаточно 21. Остальные кодоны дублируют функции других — их называют избыточными.

Сокращение кода открывает возможность «освободить» лишние кодоны и перепрофилировать их для создания аминокислот, которых нет в природе. Это может привести к разработке новых лекарств, уникальных материалов и даже сделать бактерии невосприимчивыми к вирусам.

Ранее, в 2019 году, был создан штамм Syn61 с 61 кодоном, что потребовало 18 тысяч изменений в ДНК. На этот раз команда под руководством биолога-синтетика Уэсли Робертсона внесла более 100 тысяч правок, получив Syn57.

«Это был колоссальный труд. Работа заняла четыре года и потребовала множества проб и ошибок.», — рассказал Робертсон. 

Сейчас Syn57 растет в четыре раза медленнее обычной E. coli, но ученые считают, что дальнейшие модификации ускорят рост. Уже известно, что предшественник Syn61 используется для создания более надежных лекарств. По словам Робертсона, «это радикально перекодированный геном» и пример того, как синтетическая биология может перемещать генетические последовательности в «области, недоступные естественной жизни».

Параллельно 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.

Главная значимость открытия 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.