Sportal.rs

Будите у току са најновијим дешавањима у Србији на терену са вестима заснованим на чињеницама Спортал, ексклузивним видео снимцима, фотографијама и ажурираним мапама.

Истраживачи су поново повезали гене Есцхерицхиа цоли како би постали отпорни на вирусе

Зоом / Извана, ове високо пројектоване бактерије се не разликују од својих природних колега.

Многе кључне животне особине не морају нужно бити оно што јесу. Прилика игра главну улогу у еволуцији, а увек постоје алтернативни путеви који никада нису истражени, једноставно зато што је претходно развијено било довољно добро. Један пример ове идеје је генетски код који претвара информације које носи наша ДНК у одређени низ аминокиселина који чине протеине. Постоје десетине потенцијалних аминокиселина, од којих се многе могу спонтано формирати, али већина живота користи генетски код заснован на само 20 од њих.

Током протекле две деценије научници су показали да то не мора бити тако. Ако опскрбите бактерије одговарајућим ензимом и алтернативном аминокиселином, оне га могу користити. Али бактерије неће користити ензим и аминокиселине врло ефикасно, јер су све рупе у генетском коду већ у употреби.

У новом раду, истраживачи су успели да дораде генетски код бактерија како би откључали неке нове отворе. Затим су те рупе попунили неприродним аминокиселинама, омогућавајући бактеријама да производе протеине који у природи никада не би постојали. Нежељени ефекат репрограмирања? Вируси се не могу репродуковати у модификованим бактеријама.

изгубљен у преводу

Генетски код се бави превођењем, током којег се информације кодиране у ДНК претварају у функционални протеин. Кључ овог процеса је група малих молекула РНК која се назива преносна РНК (или РНК). Преписане РНК садрже мали комадић од три базе које се могу упарити упаривањем база, са информацијама које носи ДНК. РНК се такође може хемијски везати за одређену аминокиселину у процесу који катализују специфични ензими.

Ова комбинација – три специфичне базе упарене са одређеном аминокиселином – кључна је за превођење, односно за подударање ДНК база са одређеном аминокиселином.

Кодон од три базе и четири могуће базе (А, Т, Ц и Г) резултира у 64 могуће комбинације три базе, назване кодонима. Три од тих кодона морају искључити транслационе сигнале када се постигне крај секвенце која кодира протеин. Ово оставља 61 кодона за само 20 аминокиселина. Као резултат, неке аминокиселине су кодиране са два, четири или чак шест различитих кодона.

READ  СпацеКс је добио зелено светло за лансирање Црев Драгон-а на Међународну свемирску станицу следеће недеље

Овај вишак у коду је циљ истраживачког тима са седиштем у Кембриџу у Великој Британији. Пре неколико година, истраживачи потпуно уређивање цоли бактерија геном Ослобађају се чак и неки сувишни кодони. Истраживачки тим је све случајеве једног од три стоп кодона уредио у један од других кодона тако да више није било примерака у целом геному. Уместо да се користи за нешто, кодон је уређен да би га поново дефинисао.

Истраживачи су спровели сличне експерименте са кодонима за аминокиселину серин. Уместо да остави шест кодона који изговарају „серин“, тим је умањио укупан број на само четири, мењајући сваку инстанцу од два која су циљали у други серински кодон.

(Ово може звучати једноставно, али чак и мали геном попут Есцхерицхиа цоли Има хиљаде сваког од ових кодона распоређених у милионе основних парова. Уређивање генетског кода само по себи је импресиван технички подвиг.)

толерантан према променама

Иако бактерије нису користиле три модификована кодона, ипак су могле. Сви комади потребни за употребу кодона – РНК-носачи, ензими који за њих везују аминокиселине, итд. – још увек су били тамо. Из разлога који нису у потпуности јасни, модификоване бактерије нису биле посебно здраве и расле су спорије од њиховог неуређеног извора.

Да би наставили са радом, истраживачи су развили сој за боље ношење модификованог генетског кода. Изложили су бактерије мутагенима, а затим узгајали мноштво узорака користећи аутоматизовани систем који је утврђивао када узорак добро расте и наставили да га опскрбљују свежом храном. (Брзо растуће бактерије постају мутне, што им омогућава да буду идентификоване.) После неколико рунди скокова, готово нормалан раст је обновљен.

READ  Једна од највећих диносауруса на свету откривена је у Аустралији

У том тренутку, истраживачи су се вратили и избрисали гене за пренос РНК и ензиме који су омогућили функционисање њихова три модификована кодона. Са тим променама, није било да се кодони више нису користили – више се нису могли користити.

Поново, овај проблем је успорио раст бактерија, мада није јасно зашто – или су неки од избрисаних гена имали друге функције или је било случајева кодона који су истраживачи пропустили током уређивања. Без обзира на то, поново су мутирали бактерије и одабрали сој у коме је обновљен већи део раста. У то време, научници су имали сој који је нарастао отприлике упола мање него што је нарастао цоли бактерија. Такође имају три потпуно неискоришћена кода.

(На пример, тим је такође добио секвенцу генома овог коначног соја да би видео које су се мутације догодиле током овог процеса. Иако су идентификоване многе варијације, ниједна није била јасно повезана са способношћу раста уз помоћ модификованог генетског кода. од тада је задужио неколико постдипломаца да открију ову мистерију.)

Нови код, ко дис?

Да би били сигурни да су три неискоришћена кодона сломљена, истраживачи су их заразили вирусима. Протеини које кодирају ови вируси обично укључују неискоришћене кодоне, тако да овај метод пружа тест да ли је употреба кодона заиста елиминисана.

Бактерија је прошла тест. Ниједан вирус не може расти у кодонима, чак ни када је мешавина пет различитих вируса истовремено бачена у културу. Било је јасно да се у овом соју ови кодони једноставно нису могли користити.

То су прво желели истраживачи (поштено је рећи да нису кренули у производњу антивирусних бактерија). Они сада могу да почну да користе три кодона аминокиселина које живот на Земљи обично не користи.

READ  Климатске промене су промениле Земљину осу

Истраживачи су бактеријама обезбедили неке ненативне аминокиселине, заједно са генима за пренос РНК како би повезали аминокиселине и ензим који би извршио везивање. Тада су почели да убацују ген за небактеријски протеин који се могао превести само помоћу кодона које су редефинисали и потврдили да је протеин синтетизован и да садржи ове неприродне аминокиселине. Тим је чак направио верзију која је укључивала три различите синтетичке аминокиселине, показујући да су већ проширили генетски код.

Истраживачи су такође могли да направе сојеве који користе другачији скуп од три синтетичке аминокиселине. Стога је могуће формирати широк спектар сојева, од којих је сваки намењен употреби различитог скупа синтетичких аминокиселина.

Занимљива хемија полимера

Аутори нису наставили да показују ништа практично, али постоји пуно потенцијалних употреба за истраживање. Синтетичке аминокиселине не могу да катализују ни могуће ни ефикасне реакције са природном групом од 20. Не морамо нужно да дизајнирамо ензим који укључује нове аминокиселине; Алтернативно, могли бисмо једноставно покушати да развијемо функцију у сојевима са проширеним генетским кодом.

Такође постоји потенцијал за занимљиву хемију полимера. У хемијским реакцијама које чине већину полимера, обично користимо само једну врсту полимерних грађевинских подјединица, јер не можете да контролишете шта је повезано са оним што се дешава. Али протеини вам омогућавају да изградите полимерни ланац са потпуном контролом над распоредом сваке подјединице, јер можете одредити распоред аминокиселина. Кроз проширени генетски код можемо на нивоу молекула контролисати стварање полимера.

Наука, 2021. ДОИ: 10.1126 / Наука. абг3029 (О ДОИ-има).