Препишување на генетскиот код Најголемиот вештачки геном некогаш создаден во лабораторија раѓа
Пораката потребна за изградба на организам е во низата делови што ја сочинуваат ДНК. Со Проект за човечки геном оваа кодирана порака беше дешифрирана во 3 милијарди основни парови. Сепак, читањето на ДНК беше само првиот чекор. Геномот може да се преработи и од нула.
Тим истражувачи од Универзитетот во Кембриџ, предводен од д-р asonејсон Чин, во лабораторијата преработи ДНК на еден вид Е. Тој е најголемиот вештачки геном некогаш изграден, кој се состои од 4 милиони базни парови, 4 пати поголем од другите модифицирани организми досега. Printе бидат потребни 970 страници за да се отпечати целата низа. Генетскиот код на бактеријата се базира на 61 кодон, а не на 64 како што се случува во живиот свет.
Се вика ново тело Syn61 и е подолга од природната бактерија, расте побавно, но е првиот одржлив организам со што е можно поголеми геномски промени. Неговите клетки произведуваат исти протеини, но користејќи различен генетски код. Податоците за студијата беа објавени во „Nature“.
Извор на фотографија - Универзитет во Кембриџ
Апликациите за развој на организми со синтетички геноми би биле безброј, од добивање на бактерии отпорни на вирусни инфекции, до создавање микроорганизми кои овозможуваат внесување на јаглерод диоксид од атмосферата или производство на вакцини. Тимот од Кембриџ во моментов работи на утврдување на минималниот број на гени потребни за поддршка на животот.
Како работи генетскиот код?
Молекулата на ДНК се базира на нуклеотиди. Постојат 4 типа на нуклеотиди во зависност од азотната база што ја содржат - аденин, тимин, гванин и цитозин. Генетскиот код е збир на правила кои покажуваат како оваа молекуларна „азбука“ со 4 букви мора да ги произведе 20-те природни аминокиселини кои влегуваат во структурата на протеините.
Буквите од азбуката имаат смисла кога формираат зборови, а зборовите формираат реченици. Исто така, 4-те букви од човечкиот геном се читаат според специфични правила за да се добие значење и да се изгради функционален организам.
Франсис Крик, еден од откривачите на структурата на ДНК, најпрво го предложи концептот на КОДОН за дефинирање на нуклеотидната низа што диктира изградба на аминокиселина. Три последователни нуклеотиди претставуваат кодон.
Извор на фотографија - Универзитет во Јута
Генетскиот код е универзален, скоро сите организми во живиот свет користат 64 кодони. Од нив, 61 кодон ги кодира 20-те природни аминокиселини. Останатите 3 кодони имаат улога да го запрат читањето на пораката, означувајќи го прекинот на синтезата на протеините. Затоа, се дискутира за а вишок на ниво на генетски код. Постојат повеќе кодони отколку аминокиселини. Аминокиселина може да се утврди со неколку кодони. На пример, TTA, TTG, CTT, CTC, CTA, CTG се кодони кои ја специфицираат аминокиселината леуцин.
Обратната врска не е валидна. Кодон специфицира единствена аминокиселина. Покрај тоа, друг суштински елемент е тоа Нема преклопувања во генетскиот код. Трите нуклеотиди кои го сочинуваат кодонот не можат да бидат дел од соседните кодони.
Некои кодони се поврзани со побрз процес на преведување кај рибозомите, додека други се преведуваат побавно. Така, кодоните се обработуваат поинаку и можат да влијаат на склопувањето на протеините.
Овој вишок не е случаен и е корисен во одредени околности. Некои ДНК секвенци кодираат и ген и важни информации за регулирање на генот, така што се појавуваат специфични структури на РНК со добро дефинирана улога. Активноста на трепките е многу подобро регулирана. Некои пораки се декодираат што доведува до појава на одредени протеини полесно од другите.
Целта на тимот од Кембриџ беше да се елиминираат излишните кодони за да се набудува минималниот сет на гени потребни за функционирање на еден организам.
Како е добиено вештачки геном Syn61?
Истражувањето се одвиваше во рамките на Лабораторијата за молекуларна биологија на Советите за медицински истражувања (МРЦ) и беше одлучено да се следат и модифицираат геномите на бактеријата Е. Коли, поради неговата способност да преживеат користејќи мал број на гени.
Повеќекратни измени на клучните кодони се направени на над 18 000 места:
- Секој кодон на TCG е заменет со AGC, секој кодон на TCA е заменет со AGT
- Кондомот за застанување на ТАГ е заменет со ТАА
Откако се утврди редоследот на вештачкиот геном, новиот генетски код беше воведен во клетките. Геномот беше расцепкан на помали компоненти и постепено беа воведени нови парчиња.
Одредени синонимни кодони предизвикуваат производство на различни протеини, а некои карактеристики можат да доведат до неможност на клетката да преживее.
„Постојат многу начини на кои можете да рекодирате геном, но тие честопати се проблематични. Клетките умираат. “- д-р Чин.
Врз основа на алгоритмот предложен од д-р Чин, бактеријата Е.коли преживеала користејќи само 59 кодони кои ги специфицираат сите 20 аминокиселини и два стоп кодона наместо три.
Производството на синтетички ДНК молекули во лабораторијата е претходно пријавено кај видови квасец и бактерија Mycoplasma mycoides, но геномот на овие организми има до 1 милион базни парови. Геномот на E. coli има 4 милиони парни бази.
Првиот организам со целосно синтетички геном, вид на Mycoplasma mycoides, е произведен во 2010 година во институтот Крег Вентер. Проектот траеше повеќе од 15 години, а геномот на бактеријата беше многу помал од оној на E. coli.
Во 2016 година започна уште еден амбициозен проект „Проект за геном - напиши“, отворање нова фаза во геномиката. Препишувањето на генетската порака во лабораторијата може да доведе до неограничена примена во медицината и биологијата, како што се создавање клетки кои не можат да бидат заразени со вируси или воведување карактеристики кои им овозможуваат на клетките да издржат карцинозна трансформација.
Вистинскиот предизвик во разбирањето на човечкиот геном не беше откривање на низите што го сочинуваат, туку како може да се користат овие информации. Првата важна опсервација беше дека, всушност, само 1-2% од човечкиот геном ги кодира функционалните производи и го сочинува егзомот, што ја покажа комплексноста на организирање генетски материјал.
Идентификувањето на минималниот број на гени кои можат да го одржат животот е уште една клучна точка. Така е и проширувањето на генетската „азбука“, за што веќе се покажа дека е можно. Во 2018 година, експертите од Институтот за истражување Скрипс објавија невидени резултати, користејќи уште два вида на нуклеотиди, Х и Ј, покрај 4-те основни, за да се добијат функционални протеини. Тие го создадоа првиот полусинтетички организам кој може да складира многу поголема количина генетски материјал.