Ученые из Кембриджа создают синтетические клетки, не похожие ни на что в природе – 06.04.2021 – Наука

Кембриджские исследователи переработали генетический код микробов, чтобы создать синтетическую клетку со способностями, уникальными для природы, открыв возможности для новых материалов, от пластика до антибиотиков.

Техника манипулирования и редактирования ДНК, лежащая в основе всех генетических процессов, установлена, но до сих пор не удалось изменить код, которому 3 миллиарда лет, с помощью которого ДНК инструктирует клетки формировать цепочки аминокислот, которые производят функциональные молекулы жизнь.

«Это может произойти революция в биологии», – сказал Джейсон Чин, руководитель проекта в лаборатории молекулярной биологии MRC.

«Эти бактерии можно превратить в возобновляемые, программируемые фабрики, которые производят широкий спектр новых молекул с новыми свойствами, которые могут принести пользу биотехнологии и медицине, особенно для создания новых лекарств, таких как антибиотики».

Замечательное исследование, опубликованное в журнале Science, основано на новаторской работе команды в 2019 году, которая создала версию обычного микроба в кишечнике E. coli со всей своей ДНК, известной как геном, полностью состоит из лабораторных химикатов.

Ученые переписали генетический код новых бактерий Syn61, которые изменили не только ДНК, но и связанные с ними клеточные механизмы, превращающие гены в биохимические вещества.

В результате был создан новый организм, который растет как кишечная палочка, но с дополнительными свойствами. Группы из трех биохимических «букв» -A, T, C и G- в ДНК являются ключами к процессу. Каждый из этих «кодонов» говорит клетке добавить определенную аминокислоту к растущей белковой цепи. С самого начала жизни на Земле все существа хранили генетическую информацию таким образом.

Поскольку существует 64 возможных кодона и только 20 встречающихся в природе аминокислот, генетический код имеет много избыточности. Ученые из Кембриджа воспользовались этим, перенаправив определенные кодоны на производство различных строительных блоков, которые не существуют в природе, в то же время позволив клетке производить все белки, необходимые для жизни.

Можно было бы подумать о генетическом коде природы как о клавиатуре английского компьютера, на которой определенные буквы появляются более одного раза. Команда из Кембриджа фактически превратила дубликат A в греческую букву альфа, лишний B в бета и так далее, позволяя печатать как на греческом, так и на английском языках.

Эксперименты показывают, что модифицированные бактериальные клетки могут связывать экзотические мономеры – молекулярные строительные блоки – с новыми белками и другими большими молекулами, известными как полимеры.

«Мы хотели бы использовать эти бактерии для открытия и создания длинных синтетических полимеров, которые складываются в структуры и могут образовывать новые типы материалов», – предложил Чин, добавив, что другим применением будут новые полимеры, такие как биоразлагаемые пластмассы.

Далила Джуэл и Абхишек Чаттерджи из Бостонского колледжа, два ведущих ученых, не участвующих в исследованиях в Кембридже, заявили, что технология, использующая «неестественные строительные блоки», позволит много новых приложений, таких как «разработка новых типов биотерапевтических средств и биоматериалов с инновационными свойствами продуктов». . .

Одним из аспектов этой технологии является то, что синтетические бактерии невосприимчивы к вирусным инфекциям, которые требуют естественных генетических процессов для воспроизведения в клетках-хозяевах.

«Если вирус попадает в контейнеры с бактериями, которые используются для изготовления определенных лекарств, он может уничтожить всю партию», – пояснил Чин. «Наши модифицированные бактериальные клетки могут решить эту проблему, потому что они полностью устойчивы к вирусам».

Чин подчеркнул «большой коммерческий потенциал» процесса микробной инженерии, добавив, что переговоры по защите интеллектуальной собственности уже начались.

Перевод Луиса Роберто М. Гонсалвеса

Back to top button