3458. Кишечной палочке переписали генетический код
Семь «слов» из генетического словаря бактерии лишились своих прежних значений.
Суть генетического кода в том, что каждой из двадцати аминокислот, из которой сложены белковые молекулы, соответствуют определённые тройки - или триплеты, или кодоны - из четырёх нуклеотидов в ДНК (аденин - А, гуанин - G, цитозин - C и тимин - T; если речь идёт не о ДНК, а о РНК, то в ней вместо тимина мы найдём урацил - U).
Кишечная палочка. (Фото Emilio Rivas / www.flickr.com/photos/108127695@N07/10755560533.)
Аминокислот - двадцать, нуклеотидов - четыре, и, чтобы получились уникальные соответствия, достаточно использовать тройные комбинации нуклеотидов. Однако чисто математически легко показать, что число возможных тройных нуклеотидных комбинаций из A, G, T и C равно 64. Получается, что триплетов в генетическом коде существует с избытком. Действительно, почти всем аминокислотам соответствует не одно кодоновое «слово», а несколько.
Единственная аминокислота, которой прописан только один кодон - это триптофан, чей триплет выглядит как UGG, где U - урацил (азотистое основание, используемое в РНК), G - гуанин. То есть, когда белок-синтезирующая машина едет по молекуле РНК и собирает белковую молекулу, то наткнувшись на UGG, она встроит в растущую полипептидную цепь триптофан. Всем остальным аминокислотам соответствуют по два, по три, а то и по шесть кодонов; так, аминокислота пролин кодируется последовательностями CCU, CCC, CCA, CCG, где А - аденин, С - цитозин, U - урацил, G - гуанин. Кроме того, в генетическом коде есть специальные триплетные сигналы, которые обозначают начало и конец белковой молекулы, то есть начало и конец процедуры синтеза белка - так называемые старт- и стоп-кодоны. Их тоже существует несколько, и, например, в геноме кишечной палочки биосинтез останавливается тогда, когда белок-синтезирующая машина натыкается на одно из следующих стоп-слов: UAG, UAA или UGA.
Несколько лет назад большой команде из Гарвардской медицинской школы вместе с коллегами из Массачусетского технологического института удалось добавить в геном кишечной палочки новое генетическое «слово» - у одного из стоп-кодонов отобрали прежнее стоп-значение, и дали ему искусственную аминокислоту. Понятно, что одной аминокислотой тут дело не обошлось, и нужно было сделать так, чтобы все молекулярные игроки, работающие над синтезом белка, узнавали эту аминокислоту (которой в бактерии не было и которую ей нужно было скармливать).
И вот сейчас та же исследовательская группа под руководством Джорджа Чёрча (George Church) сообщает в Science о новом успехе: им удалось проделать масштабную редакцию бактериального генома, оставив вместо 64 кодонов 57, полностью заменив в некоторых случаях один кодон другим, кодирующим ту же самую аминокислоту. То есть, если взять тот же вышеупомянутый пролин, то во всех генах, где он был, ССС заменили на ССG. В результате освободилось «слово» CCC, которое теперь ничего не обозначало. И такую процедуру проделали для семи кодонов.
Здесь, конечно, возникает вопрос, как сама бактерия переносит подобные процедуры. Пока что авторы работы последовательно проверяют на кишечной палочке разные куски отредактированного генома, и с уже проверенными 63% переписанной ДНК никаких серьёзных проблем не возникло. В перспективе всё должно закончиться тем, что в бактерию вставят весь отредактированный геном целиком. То есть, иными словами, сейчас переписанные гены существуют в виде генетической конструкции, которую постепенно проверят на совместимость с клеткой.
Возникает вопрос, зачем это нужно. Тут следует вернуться к предыдущим экспериментам, в которых освободившемуся стоп-кодону приписали абсолютно новую аминокислоту. Бактерия после всего приобрела устойчивость к вирусу-бактериофагу, которым её пытались заразить. Почему так случилось, понятно, ведь у вируса тот кодон по-прежнему был стоп-сигналом, но, поскольку вирус полагается на белоксинтезирующий аппарат бактерии, то бактерия в соответствии с своей редакцией, кода вставляла в вирусный белок аминокислоту, синтез продолжался, и в результате у вируса получался какой-то совсем бесполезный белок. То есть благодаря редакции кода бактерия приобрела новые свойства. В то же время её рост и размножение можно быстро подавить, просто отобрав у неё нужную аминокислоту.
Теперь же таких освободившихся кодонов у нас на руках целых семь, и это не предел - исследователи исчерпали не всю избыточность кода. То есть перед нами открываются новые перспективы в создании синтетических организмов и молекул с заданными свойствами. Нафантазировать тут можно что угодно: представим, например, белки, у которых появится способность связывать какие-то необычные металлы, или ферменты, которые будут включаться только в присутствии какого-то сигнала, например, раковой клетки, и т. д. В конце концов, можно создавать штаммы бактерий, которые будут «по заказу» разлагать нефть и пластмассы; причём такие штаммы можно будет легко держать под контролем, не боясь, что они «захватят мир».
Однако следует помнить, что при всех достижениях генной инженерии и прочей биотехнологии, подобные процедуры всё ещё требуют массу времени и труда, так что предсказать, когда именно редактирование кода станет рутинной процедурой, не возьмётся никто.
По материалам Science.
Автор: Кирилл Стасевич
Источник: nkj.ru
Источник