За първи път създадоха стабилен полусинтетичен организъм

Международна група от учени е успяла да създаде стабилен полусинтетичен едноклетъчен организъм, чийто генетичен код съдържа елементи, които не се срещат се в природата, съобщи The Scientist.

Резултатите от работата са публикувани в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Генетичната информация на всички живи организми е кодирана в ДНК, благодарение на четири бази или "букви на генетичния код", образуващи две естествени двойки: аденин-тимин (a-t) и гуанин-цитозин (g-c).

Такива двойки се свързват при синтеза на двойната спирала на ДНК.

Различното подреждане на тези бази води до всички разлики в огранизмите - бактерии, мравки, пеперуди, птици, делфини и хора.

Въвеждането в генетичния код на две допълнителни синтетични бази, които образуват трета, неестествена, синтетична двойка (unnatural base pair - UBP), на теория, може да увеличи капацитета информацията на ДНК.

Организми съдържащи такива ДНК, се наричат полусинтетични - (semisynthetic organism - SSO).

^{Структура на природната ДНК с две двойки бази: Wikimedia Commons}

През 2014 г. учени създадоха полусинтетичен организъм, в който има неестествена базова двойка, разширяваща генетичната азбука от четири букви до шест. Но организмът нарастваше слабо и загуби неестествените базови двойки с течение на времето в следващите поколения.

Важното за този нов организъм е, в който има две допълнителни синтетични бази, наречени X и Y , добавени към генетичния код към четирите естествени бази, може да запази своята синтетична базова двойка като в същото време продължава да се размножава.

В продължение на повече от 5 години сътрудници на Изследователския институт Скрипс (Scripps Research Institute) в Ла Джола, Калифорния, търсят подходяща двойка бази и накрая намират, dNaM - d5SICS (d значава нуклеозид, в който базата се свързва с дезоксирибоза - захар, част от структурата на ДНК). За разлика от естествените бази, в които нуклеозидите се съединяват с водородни връзки, тази UBP (неестествена двойка) се формира за сметка на хидрофобни взаимодействия.

Азотна база	Нуклеозид	Дезоксинуклеоид
Аденин	Аденозин A	Дезоксиаденозин dA
Гуанин	Гуанозин G	Дезоксигуанозин dG
Тимин	5-Метилуридин m5U	Тимидин dT
Урацил	Уридин U	Дезоксиуридин dU
Цитозин	Цитидин C	Дезоксицитидин dC

^{Източник: Wikimedia Commons}

^{Неестествените базови двойки dNaM-d5SICS и dNaM-dTPT3, най-горе за сравнение е естествената двойка dC—dG Източник: Yorke Zhang et al., PNAS, 2017}

Изследователите работят с Ешерихия коли (Escherichia coli), в които се прибавя с мембранен транспортер PtNTT2 взет от силициевото водорасло Phaeodactylum tricornutum. Той е способен да доставя в клетката от околната среда синтетични бази под формата на трифосфати, които се разграждат и включват в ДНК на клетките.

Въпреки някои подобрения като модифицират транспортера PtNTT2, полученият полусинтетичен организъм все пак губи вградената неестествената базова двойка, когато организмът нараства в хранителна среда. За да се справят с този проблем, учените използват системата за генно редактиране CRISPR, за да "имунизират" полусинтетичния организъм срещу загубата на неестествената базова двойка, обяснява съавторът Флойд Ромесберг (Floyd Romesberg).

За да осигурят запазването на UBP след деленето на бактериите, изследователите използват естествената система за корекция на бактериалния геном CRISPR/Cas9, който по начало е създаден за защита срещу вграждащите се в ДНК вируси. Тя търси в генома чужди последователности, съдържащи се в "библиотеката" на CRISPR и ги изрязва с нуклеазата Cas9.

Учените допълва CRISPR по токъв начин, че системата отделя загубилата неестествените си бази ДНК.

Синтетичните бази сега се задържаха след 60 деления и изследователите смятат, че базовите двойки могат да се запазят за неопределено време, пише steemit.com.

Засега пози полусинтетичен организъм няма практично приложение. В следващия етап на работа ученте планират да се намери начин за производство на синтетичните "букви" на генома РНК, която служи като матрица за синтез на протеини.

Още по темата

20/11/2016

Животът

ДНК може да бъде четворна спирала

30/09/2016

Животът

Откриха алтернативен вариант на еволюцията на живота на Земята (видео)

14/04/2016

Технологии

Записаха изображение на котка върху ДНК и го прочетоха

30/03/2016

Животът

11 чудеса на метода за генно редактиране CRISPR