Пре девет година амерички научници предвођени генетичаром Крегом Вентером објавили су да су створили прву
Међутим, неколико година касније, научници су то препозналигеном бактерије није био радикално промењен. Упркос томе, рад научника означио је почетак новог правца у генетици, који се бави стварањем организама са потпуно уређеном ДНК.
Е. цоли Е. цоли
Научници изпројекат ГП-врите – већ су успели да створе вештачке копије 2 од 16 хромозома који чине геном једног соја пекарског квасца. Али ДНК Мицопласма мицоидес садржи само 1,08 милиона парова база, а хромозоми квасца садрже мање од милион. Е. цоли са којом су радили генетичари у Лабораторији за молекуларну биологију Енглеске медицинске истраживачке лабораторије у Кембриџу садржи 4 милиона база.
Истраживачи предвођени др Џејсоном Чиномразбио ових 4 милиона база Есцхерицхиа цоли на 37 фрагмената и синтетизовао их. Добијени примерак је сличан својим природним колегама, али преживљава захваљујући мањем скупу генетских алата.
Шта је ДНК и зашто га синтетизовати
Пре свега, вреди разумети шта је ДНК. То је дезоксирибонуклеинска киселина, која је наследни материјал човека и свих живих организама.
Скоро свака ћелија у људском телу има једну иисти ДНК. Већина дезоксирибонуклеинске киселине је у језгру ћелије (назива се нуклеарна ДНК), али је присутна у малој количини у митохондријима.
Информације у ДНК се чувају као код који се састојиОд четири хемијске базе: аденин (А), гванин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). Људски геном се састоји од око 3 милијарде база, а више од 99% ових база је исто за све људе. Њихов ред и редослед одређује како се тело гради и одржава - баш као што се слова абецеде граде у одређеном поретку, формирајући речи и реченице.
ДНК базе се упарују једна са другом -на пример, А са Т и Ц са Г да би се формирале јединице које се називају базни парови. Свака база је такође везана за молекул шећера и молекул фосфата. Заједно, база, шећер и фосфат се називају нуклеотид.
Нуклеотиди су распоређени у облику два дуга ланца који формирају двоструку спиралу – тако смо навикли да размишљамо о ДНК.
ДНА
Структура двоструке спирале помало подсећа на мердевине: базни парови формирају кораке, а шећерни и фосфатни молекули формирају вертикалне бочне делове.
ДНК пресавијена у ћелију садржи упутстванеопходно за његово функционисање. На пример, када ћелија треба више протеина да расте, он чита ДНК која кодира жељени протеин. Таква једињења се називају кодони и пишу се у три слова - на пример, ТЦГ и ТЦА.
Скоро сви облици живота, од медуза до људи,користите 64 кодона. Али многи од њих раде исти посао или понављају своје функције. Укупно 61 кодон чини 20 природних аминокиселина које се могу нанизати заједно као перле на канапу да би се створио било који протеин у природи. Још три кодона делују као нека врста кочнице - говоре ћелији када је протеин спреман и када треба да престане да га производи.
Кодони се користе за одређивање аминокиселина,састојци протеина које производе. ТЦА, на пример, дефинише серин, што значи „извући ову аминокиселину из ћелијске бујоне и причврстити је за протеин који ћелија производи“. ААГ детектује лизин. ТАА значи заустављање додавања аминокиселина растућем протеину. Али АГТ такође значи серин, као и АГЦ, ТЦТ, ТЦЦ и ТЦГ. Да је природа ефикасна, користила би 20 кодона за 20 аминокиселина, плус један за "стоп".
Истраживачи су покушали да створе тако оптимизован организам.
Шта је тачно генетика урадила
Група научника са Кембриџа проучавала је свегенетски код соја Е. цоли и анализирао функције свих кодона. Истраживачи су затим заменили серински кодон са АГЦ, сваки ТЦА (такође серин) са АГТ, а сваки ТАГ (стоп кодон) са ТАА.
Укупно, они су допринели ДНК Е. коли 18 214 измена - настали геном био је највећи ДНК блок икада створен вештачком фузијом. На папиру, снимање уређеног генома изгледа као да су истраживачи одлучили да замијене једну врло честу ријеч у дигиталној копији романа Рат и мир.
Међутим, најтежи посао је био прикупитихемијску копију преписаног генома и замену за оригинал у живим организмима. Овај рад је научницима дао око двије године: када је сваки синтетички фрагмент замијенио изворни код, истраживачи су утврдили да ли ће бактерија функционирати или умријети.
„Постоји много могућих начина за прекодирањегенома, али многи од њих су проблематични: ћелија умире. На пример, наводно синонимни кодони могу произвести различите количине протеина, а понекад и протеине са неочекиваним карактеристикама које убијају ћелију."
Џејсон Чин, главни аутор студије
Истраживачи су открили шему кодирањашто је омогућило замену оригиналног кода вештачким и одржавање Е. цоли у животу, упркос коришћењу 59 кодона уместо 61 за генерисање аминокиселина и два уместо 3 кодона за заустављање овог процеса.
Тако су научници успели да смање бројто је нови рекорд - до сада су генетичари успели да створе бактерију Есцхерицхиа цоли, која би могла да преживи са само 63 кодона уместо 64.
На шта ће то довести
Главна сврха стварања уређеног генома -способност да се кодонима омогући генерисање једне од стотина аминокиселина, поред 20, прописаних природом. То ће омогућити синтезу нових ензима и других протеина.
"Природа нам је дала ограничен скуп ензима,чија смо својства научили да користимо за обављање сложених задатака, од производње сира и воћних сокова, до производње биогорива и детекције маркера у биолошким тестовима. Све то можемо да урадимо са сетом од 20 аминокиселина - замислите које могућности можемо добити од коришћења 22 или више аминокиселина “, каже Стат Еллис, стручњак за синтетичку биологију на Империал Цоллеге Лондону.
Међу овим могућностима је и стварање новиххрана, појава нових могућности за индустрију и, што је најважније, стварање бактерија отпорних на вирусе. То ће омогућити фармацеутима да креирају лекове који ће се ефикасније бавити вирусима и бактеријама.
Да ли је откриће научника дало ове могућности? Не. Али је направио велики напредак у покушају да се створи потпуно синтетички геном живог организма са функцијама другачијим од оригиналних.
"Они су подигли поље синтетичке геномикена новом нивоу, не само успјешно прикупљајући највећи синтетички геном икада створен, већ и највеће промјене у њему ”, закључила је Алице у интервјуу за Тхе Гуардиан.