Ученые впервые смогли изменить 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, сообщает «Компьюлента».
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 её «на волю».
Учёные 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 заменён 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.
В результате нескольких циклов обмена между «недоделанными» штаммами образовалась бактерия, нёсшая 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.
Изначально группа американских и корейских биологов под руководством Джорджа Черча (George Church) из Медицинской школы Гарварда разработала два метода, позволяющие редактировать ДНК. Биологи создали инструменты MAGE ("маг") и CAGE ("клетка"), при помощи которых можно найти и выбрать определенные последовательности нуклеотидов — строительных "кирпичиков" ДНК — в исходном генетическом материале, и заменять новыми последовательностями, уточняет РИА «Новости».
То есть исследователи сначала разбили генетический материал бактерии на 32 участка, в каждом из которых находилось по 10 участков TAG. Для замены "вырезаемых" участков биологи использовали инструмент MAGE — когда сочетание нуклеотидов соединяется с искомым участком ДНК и заставляет бактерию заменить его на другой.
После того ученые приступили к объединению "разрезанного" генома при помощи инструмента CAGE — процедуры, которая обеспечивает обмен фрагментами ДНК между бактериями.
В природных условиях этот механизм помогает микроорганизмам лучше приспосабливаться к условиям окружающей среды и распространять полезные мутации.
