Istraživači iz Medicinskog istraživačkog vijeća u Engleskoj, Laboratorij za molekularnu biologiju, uspješno su stvorili bakterije E. coli s potpuno izrađenim DNK-om čovjeka, označivši prekretnicu u rastućem polju sintetske biologije i otvorivši put budućim inovacijama izgrađenim na takozvanim "dizajnerskim" bakterijama,
Prema novom istraživanju objavljenom u časopisu Nature, sintetički genom daleko je najveći te vrste. Redizajnirani proizvod dvogodišnje istraživačke kampanje sastoji se od četiri milijuna segmenata - četiri puta više nego prethodni rekorder. Možda najimpresivnije, bakterija sadrži samo 61 kodon, za razliku od 64 koja se nalaze u gotovo svim živim bićima. Unatoč ovom naizglednom neskladu, čini se da sintetičke bakterije djeluju poput normalne E. coli. Glavne razlike, kako Carl Zimmer izvještava iz New York Timesa, su sporija stopa rasta i veća duljina.
"Bilo je potpuno nejasno je li moguće napraviti genom ovako velik i je li ga moguće toliko promijeniti", kaže koautor studije Jason Chin, biolog sa Sveučilišta u Cambridgeu, za Guardian 's Ian Sample.
No, kako Tom Ellis, direktor Centra za sintetsku biologiju na Imperial Collegeu u Londonu i recenzent studije, objašnjava Gizmodo Ryan Mandelbaum, napori tima na kraju su kulminirali „strujom sile“ za to područje: „Sintetizirali su, izgradio i pokazao da sintetički genom u paru od 4 milijuna baza može raditi ", kaže Ellis. "To je više nego iko prije."
Da bi "rekodirali" genom, znanstvenici moraju manipulirati sa 64 kodona ili troslovnom kombinacijom molekula DNA A, T, C i G - skraćeno za adenin, timin, citozin i gvanin - koji napajaju sve žive organizme. Budući da svako od tri položaja u kodonu može držati bilo koju od četiri molekule, postoji 64 ukupno moguće kombinacije (4 x 4 x 4). Ove kombinacije zauzvrat odgovaraju specifičnim aminokiselinama ili organskim spojevima koji grade proteine potrebne za život. TCA se, na primjer, podudara sa serinom aminokiselina, dok AAG određuje lizin. TAA djeluje kao znak zaustavljanja vrsta, signalizirajući organizam da prestane da dodaje aminokiseline proteinu koji se razvija, objašnjava Sharon Begley iz STAT-a.
Postoji još jedan ulov u tom već složenom procesu: Budući da je genetskim kodom povezano samo 20 aminokiselina, više kodona može odgovarati jednoj kiselini. Na primjer, serin je povezan ne samo s TCA, već i s AGT, AGC, TCT, TCC i TCG. Kako piše John Timmer Ars Technica, neusklađenost broja kodona u odnosu na aminokiseline čini 43 kodona uglavnom vanjskim. Iako ćelije koriste ove dodatne skupove kao zaustavne kodove, regulatorne alate i učinkovitije putove do kodiranja određenog proteina, ostaje činjenica da su mnoge suvišne.
Utvrđivanje koliko su suvišni ti dodatni kodoni uzeti su opsežna ispitivanja i pogreške. Brada kaže Begleyju, "Postoji mnogo mogućih načina na koje možete rekodirati genom, ali mnogi su od njih problematični: stanica umire."
Kako bi stvorili uspješan sintetički genom, Chin i njegovi kolege zamijenili su sve instance serinskih kodona TCG i TCA s AGC, odnosno AGT. Tim je također svaki TAG kodon zamijenio TAA-om. Konačno, primjećuje Zimmer New York Timesa, rekodirani DNK koristio je četiri serina kodona umjesto četiri i dva stop kodona, a ne tri. Srećom, znanstvenici nisu morali ovo djelo dovršiti ručno. Umjesto toga, izvršili su 18 214 zamjena liječeći kodom E. coli kao ogromna tekstualna datoteka i obavljajući funkciju pretraživanja i zamjene.
Prenošenje ove sintetičke DNK u bakterije pokazalo se težim zadatkom. S obzirom na duljinu i složenost genoma, tim ga nije uspio uvesti u stanicu u jednom pokušaju; umjesto toga, znanstvenici su poslu pristupili u fazama, mukotrpno razbijajući genom na komade i premještajući ga u žive bakterije po malo.
Postignuća istraživača dvostruka su, kaže Chin u intervjuu za Antonio Regalado s MIT Technology Review -a. Ne samo da je redizajnirani genom "tehničko postignuće", već vam i "govori o nečem temeljnom o biologiji i tome koliko je genetski kod zapravo stvaran."
Prema uzorku Guardiana, istraživanje bi moglo pomoći znanstvenicima u stvaranju bakterija otpornih na virus opremljenih za upotrebu u biofarmaceutskoj industriji; E. coli se već koristi za proizvodnju inzulina i medicinskih spojeva koji liječe rak, multiplu sklerozu, srčane udare i očne bolesti, ali zahvaljujući osjetljivosti DNK na ne-sintetičku DNA na određene viruse lako se može zaustaviti proizvodnja.
Još jedna ključna implikacija centara ispitivanja na aminokiseline. Kako piše Roland Pease iz BBC News -a, upotreba 61 od 64 moguća kodona E. Coli ostavlja tri otvorena za reprogramiranje, otvarajući vrata „neprirodnim građevnim blokovima“ koji mogu obavljati prethodno nemoguće funkcije.
U razgovoru sa Zimmerom, Finn Stirling, sintetički biolog s Medicinskog fakulteta na Harvardu, koji nije bio uključen u nova istraživanja, zaključuje: "Teoretski biste mogli recidirati bilo što."
