Нов, полусинтетичен организъм с шест ДНК бази вече може да се размножава

От момента на появата на първия прародител на всичко живо на Земята преди примерно 3,5 милиарда години, генетичната информация се кодира чрез четири строителни компонента, наречени бази, всяка от които може да се съединява само с една от останалите три бази. Това са компонентите аденин, тимин, гуанин, цитозин, които се обозначават съкратено с А, Т, Г и Ц. Химическият състав на базите е такъв, че те се свързват в базови двойки в строго определен ред, в който няма излишни варианти. Възможни са точно четири комбинации на свързване и с помощта на тази четвъртична система е кодиран целият живот на Земята.

Главната цел на синтетичната биология като наука, е създаването на нови жизнени форми и нови функции в съществуващите организми. Логичният път за достигането на тази цел е разработването на полусинтетични организми с разширен набор от базови двойки. Освен четирите бази на живата природа те могат да съдържат две синтетични бази, образуващи трета изкуствена базова двойка: X-Y.

Предишните опити за създаването на подобен полусинтетичен организъм достигнаха своя апогей през 2016 година, когато генетиците създадоха щам на Escherichia coli, която излича необходимите синтетични трифосфати от околната среда. Но този полусинтетичен организъм не бе пълноценен. Обикновеното запазване и предаване на синтетичната двойка не е достатъчно. За да има някаква практическа полза, той трябва да е напълно функционален – тоест, трябва да е способен на експресия на белтъците чрез РНК. И това ще бъдат белтъци, които не могат да бъдат създадени от нито една естествена форма на живот с четвъртична система.

Сега, биолозите на научно-изследователския институт „Скрипс“ стигнаха много по-далеч. Те създадоха пълноценна полусинтетична бактерия (снимката в началото), която осъществява транслацията на изкуствената двойка в мРНК с два синтетични кодона и тРНК с родствени синтетични антикодона – и тяхното ефективно декодиране в рибозомата за включването на естествените или неканоничните аминокиселини в белтъка.

„Това е възможно най-минималната промяна, която успяхме да извършим в механизма на работата на природата – но това е направено за първи път“ – каза професор Флойд Ромсбърг (Floyd Romesberg) от института Скрипс, водещ автор на научната работа.

Учените заявиха, че тези резултати показват, че на всеки етап от запазването и извличането на генетичната информация могат да участват процеси, различни от водородната връзка. Оказа се, че липсата на водородна връзка не безпокои особено клетката: размножаването на полусинтетичната ДНК е съвсем успешно.

С други думи, разпространеният около нас живот не е единственият възможен от химична гледна точка. Може би просто така се е получило, че всичко живо на Земята е образувано именно от един единствен подобен образец, като той явно не е уникален.

Новият полусинтетичен организъм може едновременно и да кодира допълнителна генетична информация, и да я извлича за използване. „Не бих нарекъл това нова форма на живот“ – каза Ромсбърг – „Но това е най-близкото до една нова форма на живот, което е правено досега. За първи път клетка транслира белтък, използвайки нещо друго освен G, C, A или T„.

Четирите ДНК бази могат да кодират само 20 аминокиселини, и живите форми на Земята са ограничени изключително в тези белтъци. С помощта на третата синтетична двойка организмът може да кодира до 152 нови аминокиселини.

Учените планират са използват новосъздадения организъм като платформа за създаване на нови жизнени форми и функции. На теория, новите жизнени форми с шестична система, могат да разкрият съвършено нови възможности в медицината и фармакологията, да помогнат в създаването на нови лекарства и още много други.

В търсенето на нови лекарства с използването на базова X-Y двойка се специализира американската компания Synthorx, Inc.

Учените отбелязаха, че създадената от тях полусинтетична форма на живот и другите подобни на нея не могат да живеят извън лабораториите, понеже за възпроизводството на X и Y базите, в разтвора трябва да присъстват специални химикали.

Научната статия бе публикувана на 30 ноември 2017 година в списание Nature.