Syn57 превзошла природу: новый рекорд в генетическом минимализме

Генетики совершили прорыв в области синтетической биологии, представив миру бактерию "Escherichia coli", получившую обозначение Syn57, обладающую самым компактным и модифицированным генетическим кодом из всех известных науке форм жизни.

Это достижение знаменует собой новый этап в нашем понимании фундаментальных механизмов жизни и открывает невероятные перспективы для развития биотехнологий. В основе жизни лежит генетический код, представляющий собой набор из 64 кодонов — триплетов нуклеотидов ДНК или РНК, которые определяют последовательность аминокислот в белках.

При этом, природа использует избыточность: 64 кодона кодируют всего 20 аминокислот, что приводит к наличию синонимичных кодонов, кодирующих одну и ту же аминокислоту. Именно эту избыточность и решили устранить ученые, создав Syn57.

Уникальность Syn57 заключается в том, что она функционирует, используя лишь 57 из 64 возможных кодонов. Для достижения этого результата, исследователи тщательно спланировали и осуществили масштабную перестройку генома "E. coli".

Они удалили кодоны, ответственные за синтез определенных аминокислот — серина и аланина, — а также один из стоп-кодонов, сигнализирующих об окончании синтеза белка. Это потребовало замены всех повторяющихся участков ДНК на синонимичные, что привело к более чем 101 000 отдельных изменений в геноме.

Процесс создания Syn57 был многоступенчатым и включал в себя сложные этапы компьютерного моделирования генома, последовательного синтеза отдельных фрагментов ДНК и тщательной проверки жизнеспособности и стабильности полученных конструкций в живых клетках. Каждый шаг требовал высокой точности и контроля, ведь любая ошибка могла привести к неработоспособности или непредсказуемому поведению модифицированной бактерии.

Предыдущие попытки минимизации генетического кода достигали уровня 61 кодона, поэтому Syn57 значительно превзошла эти результаты, установив новый рекорд. Однако значение этого достижения выходит далеко за рамки простого установления рекорда.

Освободившиеся кодоны, ранее задействованные для кодирования серина и аланина, а также устраненный стоп-кодон, открывают перед учеными уникальные возможности. Эти "свободные" позиции могут быть использованы для интеграции неприродных, искусственно созданных аминокислот в белки.

Это позволит синтезировать совершенно новые полимеры и молекулы, не существующие в природе, с потенциально революционными свойствами для различных областей — от медицины до материаловедения.

Кроме того, Syn57 демонстрирует неожиданно высокую устойчивость к вирусным инфекциям. Измененный генетический код делает бактерию несовместимой с большинством природных вирусов, препятствуя их размножению внутри клетки. Это свойство имеет огромную практическую значимость, особенно в промышленном применении бактерий, где вирусные инфекции могут привести к значительным финансовым потерям и остановке производственных процессов.

Более того, низкая вероятность распространения Syn57 в природной среде благодаря несовместимости её генетического кода с природными бактериями минимизирует риск случайной утечки искусственно созданных генетических последовательностей в окружающую среду, обеспечивая биологическую безопасность.

В итоге создание Syn57 — это не просто научное достижение, а прорыв, открывающий новые горизонты в синтетической биологии и биотехнологиях, с огромным потенциалом для практического применения в будущем.

Дальнейшие исследования в этом направлении обещают новые открытия и инновационные решения в различных областях человеческой деятельности.