Сделан первый шаг к переписыванию генетического кода



Клетки кишечной палочки. Фото с сайта maricopa.edu

Ученые разработали технологию, которая позволяет «потоковым методом» редактировать ДНК. Используя новый метод, специалисты смогли заменить в геноме кишечной палочки все последовательности определенного типа на альтернативный вариант и присвоить новое значение «выброшенной» последовательности. Работа исследователей опубликована в журнале Science, а коротко о работе пишет портал Nature News.

Генетическая информация об организме записана в его ДНК – линейной полимерной молекуле, состоящей из четырех типов «букв» (биологи называют их нуклеотидами) – их обозначают как А, Т, Г и Ц. Определенные сочетания троек этих «букв» (кодоны) кодируют те или иные аминокислоты – элементарные «кирпичики», из которых состоят белки. Соответствие между тройками нуклеотидов и аминокислотами задается генетическим кодом. Одна из его характеристик – это избыточность: сочетаний троек нуклеотидов больше, чем соответствующих им аминокислот.

Авторы новой работы опирались именно на свойство избыточности генетического кода. В своей работе они решили заменить все так называемые стоп-кодоны одного типа на стоп-кодоны, состоящие из другого сочетания нуклеотидов. Стоп-кодоны кодируют не аминокислоту, а один из «знаков препинания», которые необходимы ферментам для правильного считывания генетического кода. В данном случае этот знак препинания был точкой.

Большинство организмов задействуют три типа стоп-кодонов – ТАГ, ТАА и ТАГ. Ученые заменяли все последовательности ТАГ (всего в геноме кишечной палочки Escherichia coli их 314) на ТАА. На первой стадии работы исследователи искусственно синтезировали 314 коротких фрагментов ДНК E. coli, в норме содержащие последовательность ТАГ – однако в новосинтезированных фрагментах ТАГ были заменены на ТАА. Чтобы вставить искусственные последовательности в геном бактерий, специалисты загоняли их внутрь клеток при помощи разрядов тока (это стандартная молекулярно-биологическая техника). В итоге ученые получили 31 линию E. coli, каждая из которых несла 10 модифицированных последовательностей, и одну линию с четырьмя измененными стоп-кодонами.

На следующей стадии эксперимента ученые добивались, чтобы все измененные стоп-кодоны оказались в геноме одной клетки. Исследователи последовательно «скрещивали» между собой бактерий из полученных на первой стадии линий – при этом бактерии обменивались генетическим материалом, и в некоторых случаях в этом обмене участвовали регионы ДНК, содержащие измененные стоп-кодоны. В итоге авторам удалось получить линию E. coli, у которой все стоп-кодоны ТАГ были заменены на ТАА.

Далее ученые вырезали из ДНК этих бактерий ген, кодирующий фермент, который распознает последовательность ТАГ как стоп-кодон. Таким образом исследователи получили организм, пригодный для того, чтобы последовательность ТАГ в его генетическом коде соответствовала некой новой аминокислоте – в предыдущих работах другие коллективы авторов уже создавали такие аминокислоты и необходимые для их считывания ферменты.

Технология, созданная авторами новой работы, в перспективе поможет ученым создавать организмы с несколько иным, чем у других живых существ, генетическим кодом. Теоретически, такие организмы будут устойчивы к вирусам, так как последние эксплуатируют белоксинтезирующий аппарат клетки-хозяина, «заточенный» под «правильный» генетический код. Использовать белоксинтезирующий аппарат клеток с измененным кодом вирусы не смогут.

Источник

«Философию и предметы, известные под названием «гуманитарных», по-прежнему преподают так, как если бы Дарвина никогда не было на свете»

Ричард Докинз

Файлы

Шок будущего

Nano Sapiens или молчание небес

Характер физических законов

Эволюция физики (А. Эйнштейн Л. Инфельд)