Aceasta stabilește o formă semi-sintetică a științei vieții, știință și tehnologie

O echipa internationala de oameni de stiinta din SUA, Franța și China a stabilit o formă semi-sintetică a vieții. În timp ce încearcă să obțină bacterii cu ADN-ul suferit mutatii au fost deja făcute, bacteriile rele se multiplica, cerând condiții speciale de creștere și în cele din urmă am scăpat de ele încorporate în modificările. „Lenta.ru“ spune povestea de muncă noi, în care cercetatorii au fost capabili de a rezolva aceste probleme, obținerea unei ființe care este complet diferit de toată viața naturală de pe Pământ.

Conținut legat

Cum de a edita gene va schimba fata omenirii

Mai recent, ADN-ul tuturor organismelor vii de pe planeta noastră este formată din patru tipuri de nucleotide care conțin adenină (A) sau timină (T) sau guanină (G) sau citozină (C). Lanțuri de zeci sau sute de milioane de nucleotide formează un cromozom separat. Genele gasit in cromozomi, sunt, în esență secvențe de nucleotide lungi în care secvențele de aminoacizi codificate proteine. Combinația dintre următoarele trei fiecare alte nucleotide (codonului sau triplet) corespunde unuia dintre cei 20 aminoacizi. Astfel, viața utilizează codul genetic trei litere (ATG, CGC, și așa mai departe), bazat pe alfabetul de patru litere (A, C, T, G).

Atunci când o celulă a unui organism necesită o anumită proteină (polipeptidă) gena care codifică este activată. Atașat la ultima enzima speciala numita ARN polimerază, care, în procesul de transcriere începe să se miște de-a lungul secvenței de nucleotide și de a crea o copie a unei molecule numite ARN mesager (ARNm). ARN-ul este similar cu ADN-ul, dar în schimb conține timină, uracil (U). Ulterior ARNm iese din nucleul celulei și trimis la ribozomi unde este folosit in reteta procesului de traducere pentru crearea unui lanț de aminoacizi a proteinei.

Cercetatorii au decis sa schimbe ADN-ul alfabetul E. coli Escherichia coli, adăugând în plus două „litere“. Faptul este că ADN-ul în organismele vii este dublu, adică, formată de două lanțuri, care sunt asociate cu fiecare alte relații complementare. Astfel de legături se formează între baza A-nucleotide dintr-un fir și bază-T nucleotidelor dintr-un alt (similar, între C și G). De aceea, două noi complementaritate de nucleotide sintetice ar trebui să fie, de asemenea, capabil să se împerecheze. Alegerea a căzut pe dNaM și d5SICS.

Escherichia coli

Foto: Rocky Mountain Laboratories / NIAID / NIH

O pereche sintetică de nucleotide a fost inserată în plasmida - o dublă moleculă circulară de ADN catenară capabilă reproduce separat de restul genomului bacteriei. Ei au înlocuit o pereche de A complementare și nucleotide T prezente în compoziția unui operon lactoză - agregat de gene care transporta metabolismul zahăr lactoză și secvențe ADN-non codare asociate. nucleotide sintetice nu au fost incluse în zona care polimeraza copii a ARNm.

De ce oamenii de știință au decis să nu introducă oligonucleotide sintetice direct în gena, și lângă ea? Faptul că gena este, prin urmare, foarte dificil să se schimbe, astfel încât să rămână operațional. Pentru că trebuie să se lege de a obține noi codonilor pentru orice aminoacid. Pentru a face acest lucru, la rândul său, trebuie să fie predate la celula pentru a produce diferite tipuri de ARN de transfer (ARNt), care va fi capabil să recunoască aceste codoni.

molecula ARNt îndeplinește următoarele funcții. Ei, ca camioane, sunt la un capăt al unui aminoacid particular, sunt adecvate pentru mARN la ribozomi și, la rândul său începe să verifice triplet de nucleotide la celălalt capăt cu un codon. În cazul în care se potrivesc, aminoacidul se desprinde și este încorporată în proteine. Cu toate acestea, în cazul în care nu există nici o proteină ARNt adecvat sintetizat nu este, ceea ce poate avea un impact negativ asupra viabilității celulare. Prin urmare, încorporarea de nucleotide sintetice in gene, oamenii de știință ar trebui să creeze mai multe gene care codifică noul ARNt care poate recunoaște codonii artificiale și atașați aminoacidul corect la polipeptidă. Cu toate acestea, sarcina cercetătorilor fost mai ușor. Ei au nevoie pentru a se asigura că plasmida cu o nucleotidă sintetică reproduce cu succes și să fie organisme subsidiare transmise.

Plasmidele utilizate pentru a transforma Escherichia coli

Imagine: Denis A. Malyshev / Kirandeep Dhami / Thomas Lavergne / Tingjian Chen / Nan Dai / Jeremy M. Foster / Ivan R. Correa / Floyd E. Romesberg / Natură / Departamentul de Chimie / Institutul de Cercetare Scripps

Această plasmidă, pinf desemnată, a fost introdus în E. coli. Cu toate acestea, trebuie să fie de până la bacterii intracelulare au participat mai multe nucleotide. În acest scop, E. coli a fost plasată o altă plasmidă - PCDF-1b. A fost o diatomee gena Phaeodactylum tricornutum PtNTT2, NTT care codifică o proteină care transportă nucleotide din mediul de cultură în celulă.

Cu toate acestea, cercetatorii au confruntat cu o serie de dificultăți. In primul rand, proteinele tricornutum Phaeodactylum au un efect toxic asupra celulei E.coli. Tot din cauza prezenței în ele a unui fragment al secvenței de aminoacizi, care realizează funcția de semnalizare. Datorită ei, proteina este în poziția corectă în celulele de alge, după care se îndepărtează secvența. E. coli nu este capabil de a elimina acest fragment, asa ca cercetatorii ei au ajutat. Ei au fost capabili de a elimina primii 65 de aminoacizi ai NTT. Acest lucru a redus semnificativ toxicitate, deși este de asemenea redusă și viteza de transport de nucleotide.

O altă problemă a fost că nucleotidele sintetice lungi de timp au rămas în plasmidele, și nu au fost înlocuite la copierea ADN-ului. După cum sa dovedit, siguranța lor depinde de ce fel de nucleotide din jurul lor. Pentru a afla, cercetatorii au analizat diferite combinații încorporate în cele 16 plasmide. Pentru a vedea dacă a scăzut de la o secvență de nucleotide sintetice, cercetatorii au folosit o / tehnologie CRISPR Cas9.

Imagine: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT

CRISPR / Cas9 - mecanism molecular care există în bacterii și le permite să se ocupe cu bacteriofagi. Cu alte cuvinte, această tehnologie este imunitatea împotriva infecțiilor virale. CRISPR - sunt secțiuni speciale ale ADN-ului. Ele conțin fragmente scurte de virusuri ADN care odată infectate cu strămoșii bacteriilor actuale, dar au fost învinși de protecția lor internă.

Când bacteriofag pătrunde bacteriile, aceste fragmente sunt utilizate ca matriță pentru sinteza de molecule numite crRNK. Formarea unei multitudini de lanțuri diferite de ARN, ele se leaga de proteina Cas9 a cărei sarcină - să taie ADN-ul virusului. Face acest lucru el poate doar după crRNK găsi un fragment complementar al ADN-ului viral.

Dacă în loc să utilizați crRNK secvență ARN complementar cu un fragment specific al plasmidei, plasmida și taie Sas9. Dar, dacă, de fapt fragmente de nucleotide sintetice, proteina nu funcționează. Astfel, prin CRISPR pot identifica acele plasmide care sunt rezistente la mutații nedorite. Sa constatat că 13 dintre nucleotide sintetice pierdere 16 plasmide au fost nesemnificative.

Astfel, cercetatorii au fost capabili de a crea un corp cu modificările fundamentale în ADN-ul care le poate salva în sine pe termen nelimitat.

În timp ce formă semi-sintetic de viață are în genomul său, doar două nucleotide non-naturale, care nu fac parte din codoni și nu sunt implicați în codificarea aminoacizilor, este primele organisme rezistente ale caror alfabet ADN este format din șase litere. În viitor, oamenii de știință vor fi probabil în măsură să utilizeze această inovație pentru sinteza proteinelor, creând astfel un cod genetic complet artificial.