Использованный метод проложит путь для конструирования бактерий, способных производить новые лекарства, белки, катализаторы и другие вещества.
Ученые в области синтетической биологии приветствуют это достижение. Крупным прорывом назвал работу специалист по генной инженерии, профессор Джордж Черч из Гарвардского университета США. Доктор Эллис из Королевского колледжа назвал событие сверхвпечатляющим.
Геном Syn6, состоящий из 4 млн. генетических элементов, - крупнейший геном, полностью синтезированный с нуля. Короткие сегменты были получены от фирмы лабораторных материалов, затем из них собрали участки длиной в полмиллиона элементов в дрожжевых клетках с помощью естественного клеточного механизма. На этом этапе работа генных инженеров оказалась несколько сходной с деятельностью железнодорожных инженеров, участки генома E. coli заменялись постепенно один за другим, а не все разом.
«Хромосома бактерии настолько велика, - поясняет руководитель команды Джейсон Чин, - что нам нужен был такой подход, чтобы было видно, что пошло не так в случае какой-либо ошибки в процессе». Только после того, как каждый сегмент, составленный из полумиллиона элементов, был проверен в частично синтезированной бактерии, все 8 сегментов объединили в организме Syn61.
Такой подход более осторожен, чем тот, что использовал био-предприниматель Крейг Вентер, его микробиологический репликант на основе Mycoplasma genitalium был представлен миру в 2010 году. Это было важным этапом, но потребовало многолетних усилий целого института, основанного Вентером.
Новая работа проведена небольшой командой во всемирно известной Лаборатории молекулярной биологии в Кембридже и может быть легко воспроизведена в работе с более крупными геномами в любой хорошо оборудованной лаборатории, считает доктор Чин. В их случае команда обнаружили всего 4 ошибки среди 4 млн. элементов синтезированного генома, и они были легко исправлены.
Но амбиции доктора Чина идут намного дальше. Перекодирование нового генома - это первый шаг на пути к тому, чтобы синтезирующие биологи могли внедрять в создаваемые биомолекулы компоненты, не существующие в природе.
Код ДНК является инструкцией для клеток по сборке белков, основных биомолекул тела. В природе существует набор из 20 аминокислот. Их химия определяет свойства всех состоящих из них белков – от мышц до ферментов кишечника. Хотя их всего 20, в ДНК может быть до 64 вариантов кода, поэтому для синтеза каждой кислоты есть несколько так называемых «кодонов», например, для серина существует 6 разных видов инструкций. Доктор Чин рассматривает это как расточительство.
«Мы исключили дубликаты из естественного кода, чтобы сделать его более эффективным», - сообщил его коллега Джулиус Фреденс. В целом было выполнено более 18 тыс. замещений. Чин называет это «по-настоящему основательной трансформацией». Был также устранен за ненадобностью механизм считывания удаленных кодонов.
Syn61 оказался не таким энергичным, как его природный родственник E. Coli, он растет на 60% медленнее. Можно предположить, что в альтернативном способе записи генетического кода заключается нечто существенное важное, однако, Джулиус Фреденс полагает, что они выявили в Syn61 еще не все проблемы, их нужно быстро исправить, чтобы полностью восстановить здоровье организма.
Том Эллис, находящийся под впечатлением от проделанной работы, говорит: «18 тысяч изменений означают, что должен измениться каждый ген в хромосоме, и он все еще жив!»
Один из результатов перекодирования состоит в том, что Syn61 отличается от всего остального живого. До сих пор организмы были способны обмениваться генами, часто с вирусами, поскольку у них один общий генетический язык. Теперь попытка вируса инфицировать Syn61 не удастся, поскольку в клетках хозяина не найдется инструмента для переноса вирусной ДНК. Джордж Черч называет это интригующей ситуацией. В предыдущих экспериментах при меньшем количестве выполненных сокращений каждому пятому вирусу удавалось воспроизвести свой дубль.
«Успех Чина воодушевит с помощью этого метода перекодирования всех нас, работающих над тем, чтобы сделать различные организмы устойчивыми ко всем вирусам», - пишет Черч. Чин сообщил, что испытание на Syn61 еще не проведено, но оно в списке их приоритетных задач.
У ученого большие планы, он хочет сделать биохимию более разносторонней. Он стал основоположником направления в синтетической биологии, которая вводит в белки элементы, заставляющие их светиться, а также регулировать свечение, активизируясь и отключаясь. Только 61 из возможных кодонов Syn61 рассматривается как инструкции для создания естественных аминокислот, остальные три можно теперь предназначать для внедрения новой химии в клетки искусственно созданных организмов.
Фреденс считает, что 200 искусственных строительных блоков уже можно будет внедрять таким образом в белковую химию, и технические средства, разработанные в их лаборатории и в других организациях, это позволяют. «Это что-то сногсшибательное, то, что генетический алфавит можно таким образом расширить, - признает Фреденс. – Думаю, мы очень далеки от осознания, как много мы можем с этим сделать, производя то, чего раньше никогда не видели».
Чин сконцентрирован на возможностях для науки, на белках, с помощью которых можно проследить внутренние процессы в клетке или помочь фармацевтам создавать лекарства. Но возможности безграничны. Это может выглядеть как новый молекулярный мир, но Чин говорит, что пугаться не следует.
«У людей есть право на беспокойство, - соглашается он. – Все изобретения используются двояко. Но важно то, что мы должны обсуждать, что можно, а чего не следует делать. И то, что проведение этих экспериментов надежно контролируется».
