17.07.2011

Ученые изменили генетический код

Исследователям из Массачусетского технологического института в сотрудничестве с коллегами из Гарварда удалось необычайное. Они обнулили значение одного из триплетов генетического кода бактерии Escherichia coli — то есть изменили генетический словарь живого организма.

Как сообщают ученые на страницах журнала Science, бактерия перенесла операцию нормально.

Чтобы понять всю суть этой феноменальной работы, следует вспомнить, что каждый белок представляет собой строго индивидуальную последовательность аминокислот. Порядок аминокислот, в котором они выстраиваются от одного конца белковой молекулы до другого, записан в ДНК с помощью генетического кода: каждой соответствует, так сказать, слово из трёх нуклеотидных букв — триплет, или кодон. Не углубляясь в тонкости белкового синтеза, заметим, что последовательность триплетов служит матрицей для построения полипептидной цепи. Но у генетического кода есть одна базовая особенность, которую называют вырожденностью кода: каждой аминокислоте соответствует несколько трёхнуклеотидных слов. Более того, даже сигнальные триплеты, означающие начало и конец синтеза белковой молекулы, существуют не в единственном числе: есть несколько старт- и стоп-кодонов.

У кишечной палочки таких стоп-кодонов три: TAG, TAA и TGA, где Т — это азотистое основание тимин, А — аденин, G — гуанин. Все они выполняют одну и ту же работу — сигнализируют белок-синтезирующему конвейеру, что полипептидная цепь готова и пора отпускать ее "на волю".

Ученые решили заменить все кодоны TAG на ТАА. Было синтезировано 314 фрагментов ДНК, которые в точности повторяли участки бактериальной хромосомы с TAG-кодонами, только TAG в них был заменен на ТАА. Эти фрагменты ДНК исследователи ввели в бактериальные клетки и в итоге получили около 30 штаммов кишечной палочки, у которых в том или ином месте произошли замены.

Чтобы получить штамм, у которого все TAG будут заменены на ТАА, ученые использовали способность бактерий к взаимообмену генетической информацией в процессе конъюгации. В результате нескольких циклов конъюгации между "недоделанными" штаммами образовалась бактерия, несшая все необходимые замены. Но, поскольку в молекулярном аппарате клетки есть белковые молекулы, которые предназначены для распознавания кодона TAG, у бактерий пришлось вырезать из генома и эти распознающие белки. В итоге в генетическом словаре образовалось слово, которое не значило ничего. Просто представьте, что всем знакомая последовательность букв "с-т-о-л" перестала обозначать известный деревянный-железный-пластиковый предмет на четырех ножках, и теперь этот "с-т-о-л" может соотноситься с чем угодно.

Следует подчеркнуть, что это не точечная мутация, не перестановка аминокислот в гене какого-то одного белка. Этим методом редактируется сам генетический язык. Новому кодону можно приписать обозначение другой аминокислоты — как уже существующей в природе, так и абсолютно новой, синтезированной в лаборатории.

На сегодня существует несколько таких искусственных аминокислот, но ученые столкнулись с проблемой, как внедрить их в геном. Теперь же им предлагают относительно простой и быстрый способ перепрограммирования хромосомы и перестройки природных белков. Таким образом можно получить, например, бактерию, устойчивую к вирусам, поскольку вирусы работают с природными белками и будут весьма озадачены, наткнувшись на целую кучу непонятных искусственных творений.

Сейчас полным ходом идут работы по созданию синтетических организмов: исследователи пытаются создать бактерию "с нуля", написав для нее целый геном. Метод редакции генетического кода может в значительной степени упростить эту задачу. Если экспериментам подобного рода и дальше будет сопутствовать успех, то в дальнейшем уже не придётся долго и кропотливо выискивать существующие бактериальные штаммы, питающиеся, например, нефтью. Можно будет просто синтезировать микроорганизм с нужными пищевыми пристрастиями. И очередная авария, допустим, на какой-нибудь нефтедобывающей морской платформе не будет выглядеть глобальной катастрофой с необратимыми последствиями.

Источники:

1. MIGnews.com