Сделан первый шаг к переписыванию генетического кода

Ученые разработали технологию, которая позволяет «потоковым методом» редактировать ДНК. Используя новый метод, специалисты смогли заменить в геноме кишечной палочки все последовательности определенного типа на альтернативный вариант и присвоить новое значение «выброшенной» последовательности. Работа исследователей опубликована в журнале Science, а коротко о работе пишет портал Nature News.

Генетическая информация об организме записана в его ДНК – линейной полимерной молекуле, состоящей из четырех типов «букв» (биологи называют их нуклеотидами) – их обозначают как А, Т, Г и Ц. Определенные сочетания троек этих «букв» (кодоны) кодируют те или иные аминокислоты – элементарные «кирпичики», из которых состоят белки. Соответствие между тройками нуклеотидов и аминокислотами задается генетическим кодом. Одна из его характеристик – это избыточность: сочетаний троек нуклеотидов больше, чем соответствующих им аминокислот.

Авторы новой работы опирались именно на свойство избыточности генетического кода. В своей работе они решили заменить все так называемые стоп-кодоны одного типа на стоп-кодоны, состоящие из другого сочетания нуклеотидов. Стоп-кодоны кодируют не аминокислоту, а один из «знаков препинания», которые необходимы ферментам для правильного считывания генетического кода. В данном случае этот знак препинания был точкой.

Большинство организмов задействуют три типа стоп-кодонов – ТАГ, ТАА и ТАГ. Ученые заменяли все последовательности ТАГ (всего в геноме кишечной палочки Escherichia coli их 314) на ТАА. На первой стадии работы исследователи искусственно синтезировали 314 коротких фрагментов ДНК E. coli, в норме содержащие последовательность ТАГ – однако в новосинтезированных фрагментах ТАГ были заменены на ТАА. Чтобы вставить искусственные последовательности в геном бактерий, специалисты загоняли их внутрь клеток при помощи разрядов тока (это стандартная молекулярно-биологическая техника). В итоге ученые получили 31 линию E. coli, каждая из которых несла 10 модифицированных последовательностей, и одну линию с четырьмя измененными стоп-кодонами.

На следующей стадии эксперимента ученые добивались, чтобы все измененные стоп-кодоны оказались в геноме одной клетки. Исследователи последовательно «скрещивали» между собой бактерий из полученных на первой стадии линий – при этом бактерии обменивались генетическим материалом, и в некоторых случаях в этом обмене участвовали регионы ДНК, содержащие измененные стоп-кодоны. В итоге авторам удалось получить линию E. coli, у которой все стоп-кодоны ТАГ были заменены на ТАА.

Далее ученые вырезали из ДНК этих бактерий ген, кодирующий фермент, который распознает последовательность ТАГ как стоп-кодон. Таким образом исследователи получили организм, пригодный для того, чтобы последовательность ТАГ в его генетическом коде соответствовала некой новой аминокислоте – в предыдущих работах другие коллективы авторов уже создавали такие аминокислоты и необходимые для их считывания ферменты.

Технология, созданная авторами новой работы, в перспективе поможет ученым создавать организмы с несколько иным, чем у других живых существ, генетическим кодом. Теоретически, такие организмы будут устойчивы к вирусам, так как последние эксплуатируют белоксинтезирующий аппарат клетки-хозяина, «заточенный» под «правильный» генетический код. Использовать белоксинтезирующий аппарат клеток с измененным кодом вирусы не смогут.

Ссылки по теме

• Genomes edited to free up codons – Nature News, 14.07.2011

Источник(и):

Lenta.ru