Naukowcy stworzyli półsyntetyczne życie zdolne do produkcji białek

Amerykańscy naukowcy stworzyli półsyntetyczny, żywy organizm, który posiada rozszerzony, sześcioliterowy kod DNA i jest zdolny do tworzenia całkowicie nowych, syntetycznych białek.

Całe życie na Ziemi jest zbudowane na tych samych podstawach. W dużym uproszczeniu tworzą je cztery zasady azotowe, nazywane też nukleotydami, które są budulcem DNA. Dwie purynowe – adenina i guanina oraz dwie pirymidynowe – cytozyna i tymina. Każdą z tych substancji, dla ułatwienia, oznacza się jedną literką. I tak odpowiednio A – to adenina, T – tymina, C – cytozyna i G, którą oznacza się guaninę. Zasady te w unikalnej dla każdego organizmu kombinacji zawierają jego zapis genetyczny.

Początkiem tego roku świat obiegła informacja, że naukowcom udało się rozszerzyć alfabet genetyczny o dwie nowe, sztuczne zasady azotowe – d5SICS i dNaM – oznaczone literkami X i Y. Półsyntetyczne życie z sześcioliterowym kodem genetycznym opracował zespół naukowców ze Scripps Research Institute w Kalifornii pod kierunkiem profesora Floyda Romesberga. Badacze sztuczne zasady wprowadzili do DNA żywej bakterii – Escherichii coli, co otworzyło drogę do tworzenia organizmów szytych na miarę naszych potrzeb.

Pierwsze sukcesy na tym polu miały miejsce jeszcze w 2014 roku. Badaczom udało się dodać nowe zasady azotowe do DNA, ale sztuczny organizm nie był stabilny. Z czasem, gdy organizm rósł i dochodziło do replikacji (powstania cząsteczek potomnych z jednej cząsteczki macierzystej DNA), gdzieś po drodze gubiły się syntetyczne zasady azotowe.

Naukowcom udało się wyeliminować ten problem, dzięki wprowadzeniu nowej cząsteczki, która bardziej wydajnie transportuje nukleotydy (podstawowe składniki strukturalne DNA i RNA) przez błonę komórkową. Po tym zabiegu procesu replikacji przebiegał już prawidłowo. Zmodyfikowano też samą zasadę Y, by była lepiej rozpoznawana przez enzymy odpowiedzialne za proces replikacji. W ten sposób uzyskano półsyntetyczne życie.

Teraz badacze poszli o krok dalej. Udoskonalony przez nich półsyntetyczny organizm potrafi produkować białka, a to właśnie białka są podstawą wszelakiego życia. Zespół Romesberga wykazał, że stworzona przez nich częściowo syntetyczna forma bakterii E. coli może przyjmować instrukcje od częściowo syntetycznego DNA i na tej podstawie tworzyć nowe, również półsyntetyczne białka. To zupełnie nowa generacja białek, których natura dotąd nie widziała.

Bakteria prawidłowo odczytuje i tłumaczy sztuczne nukleotydy Y i X z taką samą wydajnością, jak naturalne nukleotydy A, C, G i T. Poprzez nowy proces transkrypcji organizm może wytwarzać białka zawierające aminokwasy, które nie występują w naturze.

– Po raz pierwszy w dziejach komórka przetworzyła białko za pomocą czegoś innego niż G, C, A lub T – powiedział Romesberg.

Romesberg jest zainteresowany wykorzystaniem tego rozszerzonego alfabetu genetycznego do tworzenia nowych rodzajów białek, które mogą być stosowane w leczeniu chorób, ale jego osiągnięcie może być czymś więcej. Może to być początek błyskawicznego rozwoju inżynierii genetycznej. Obecnie trudno sobie nawet wyobrazić możliwości, które niesie ze sobą osiągnięcie zespołu Romesberga. Komentatorzy opisują to jako przełom, początek rewolucji.

Naukowcy stojący za stworzeniem sztucznego życia zdają sobie sprawę, że tworzenie takich organizmów może budzić obawy natury etycznej. Tylko czekać aż badacze zostaną oskarżeni o zabawę w Boga. Istnieją również obawy, że taki hybrydowy organizm wymknie się spod kontroli i rozprzestrzeni się poza laboratorium zagrażając ludziom. Horrory rodem z Hollywood zrobiły swoje, ale Romesberg uspokaja i podkreśla, że system, którego użyli sprawia, że ​​taka ucieczka jest mało prawdopodobna. Dodaje też, że półsyntetyczny organizm nie przetrwałby poza laboratorium.

Chcesz być na bieżąco? Jesteśmy na Facebooku, Twitterze i na Google+. Sprawdź!

 

Źródło: Science, Nature, The Independent, fot. William B. Kiosses. Zdjęcie przedstawia wytworzone przez półsyntetyczny organizm fluorescencyjne białko.