Pasinaudojant šiuo metodu galima užtikrinti bakterijos atsparumą virusams, apsisaugoti, kad laboratorijoje sukurti ar pakeisti organizmai neplistų aplinkoje ir suteikti mokslininkams galimybę gaminti baltymus, kurie natūraliai neegzistuoja, rašo newscientist.com.
Yale universiteto (JAV) mokslininkas Farrenas Isaacsas vadovavo grupei, kuri įrodė, jog įmanoma atlikti daug labai tikslių pakeitimų gyvų ląstelių genome. „Tokiame procese perkoduojami organizmai, kurie gali įgyti visiškai naujų funkcijų“.
„Manau, tai yra šedevras, vienas iš dešimties geriausių šių metų mokslo darbų. Nors genai yra gyvybiškai svarbūs, juos galima pakeisti“, sakė tyrime nedalyvavęs Wisconsin-Madison universiteto atstovas Frederickas Blattneris.
Tyrimas taps pagrindu ateityje perkoduojant universalų gyvybės kodą.
F. Isaacsas su kolegomis sistemingai keitė vieną triraidę bakterijos Escherichia coli genomo seką kita. Triraidės genetinės sekos yra vadinamos kodonais, nes gali koduoti arba amino rūgštį – baltymo fragmentą, arba veikia kaip „stop“ signalas. Ląstelės vidiniai mechanizmai slinkdami geno paviršiumi nuskaito kodonus ir gamina amino rūgštis, kurias jungia į baltymą tol, kol pasiekiamas „stop“ kodonas.
Mokslininkai ištyrė e. coli genomą ir aptiko 314 TAG kodonų, nutraukiančių baltymo sintezę. Tuomet, pasinaudodami viruso baltymais, mokslininkai TAG kodonus pakeitė kitais „stop“ kodonais TAA.
F. Isaacsas panardino milijardus e. coli ląstelių į terpę, kurioje buvo gausu viruso fermentų ir DNR fragmentų ir paveikį mišinį elektra taip atverdamas poras bekterijų ląstelių membranose, per kurias į vidų pateko DNR. Toks procesas vadinamas daugine automatizuota genomo inžinerija (multiplex automated genome engineering - MAGE).
Tuomet F. Isaacsas iš mišinio išskyrė 32 atmainas, kiekvienoje jų vietoje TAG kodonų buvo po 10 TAA kodonų skirtingose genomo vietose. Kitas žingsnis – šiuos iš dalies perrašytus genomus sujungti į vieną genomą su 314 TAA kodonų ir be jokių TAG kodonų. Kaip jie tai padarė? Pagalvokite apie picas.
Įsivaizduokite, kad e. coli genomas yra pica, supjaustyta į 32 gabalėlius, kuriuose kartu sudėjus yra 314 TAG kodonų, tačiau kiekviename atskirai – ne. F. Isaacsas paskatino bakterijas keistis DNR vykdant bakterinį lytinio poravimosi atitikmenį – konjugacijos procesą, kuomet dvi bakterijos pasikeičia DNR fragmentais, tačiau nesusilaukia palikuonių.
Sistemingai poruojant skirtingas bakterijas mokslininkai pamažu artėjo prie atmainos, kurioje buvo vien TAA „stop“ kodonai. F. Isaacsas su kolegomis šį procesą vadina konjugacinio surinkimo genomo inžinerija (conjugative assembly genome engineering – CAGE).
Mokslininkas su kolegomis kol kas pasiekė etapą, kuomet iš 32 atmainų liko tik 4, kuriose beveik visi TAG kodonai jau pakeisti į TAA. Galutinio genomo sukūrimas yra neišvengiamas. Teoriškai CAGE turėtų trukti tik apie penkias savaites – kur kas greičiau nei bet koks kitas metodas, naudojamas dirbtiniam genomui kurti.
Naudojama įranga taip pat yra gerokai pigesnė nei taikant kitus metodus. Craigo Venterio sintetinis genomas kainavo 40 mln. JAV dolerių (96 mln. litų), o „evoliucijos mašina“, atliekanti MAGE procedūrą, gali kainuoti tik 90 000 dolerių (216 tūkst. lt).
Bostono universiteto (JAV) mokslininkas Jamesas Collinsas teigia, kad mokslinis darbas yra svarbaus sintetinės biologijos pasiekimo įrodymas. „Mokslininkai įrodė, kad įmanoma racionaliai stipriai pakeisti organizmo genomą. Jie labai išmintingai pakeitė vieną tašką kitu tašku, o tai atveria galimybę perrašyti visą genomą apskritai“.
Dar įdomiau tai, kad šis mokslinis darbas atveria galimybę pakeisti genetinio kodavimo taisykles. Teoriškai, iš genomo pašalinus vieną konkretų kodoną – tarkime, TAG – ląstelės baltymų gamybos mechanizmai gali persiprogramuoti ir TAG kodą priskirti ne nutraukimo signalui, o amino rūgščiai.
O jeigu amino rūgštis nebūtų viena iš dvidešimties dominuojančių natūralių amino rūgščių ar visiški nauja sintetinė amino rūgštis, ląstelė galėtų gaminti iki šiol nematytus baltymus. „Tokia vizija. Visiškai perkurti genomą taip, kad jis gana žymiai skirtųsi nuo bet kurios kitos gyvybės formos“, sakė F. Blattneris.
Esama ir kitų privalumų. Genetiškai modifikuoti organizmai, kurių genomai būtų visiškai perrašyti, negalėtų poruotis su kitais organizmais patekę į aplinką. Naujas genetinis kodas taip pat bakterijų ląstelėms suteiktų atsparumą virusams, kurie patekę į ląstelės vidų inkorporuojasi tos ląstelės DNR. O tai būtų labai naudinga vaistų gamybos srityje: bakterijos modifikuotos taip kad gamintų įvairius vaistus – pavyzdžiui, insuliną – yra gana dažnai puolamos virusų.
„Kodas yra visiškai laisvai pasirenkamas. Galime manipuliuoti gyvybės pagrindais“, džiaugėsi F. Blattneris.
