Cercetătorii de la Laboratorul de Biologie Moleculară al Consiliului de Cercetări Medicale din Anglia au creat cu succes bacteriile E. coli cu ADN-ul complet uman, marcând o etapă în domeniul înrăutățitor al biologiei sintetice și deschizând calea către inovațiile viitoare construite pe așa-numitele bacterii „designer”. .
Potrivit unui nou studiu publicat în revista Nature, genomul sintetic este de departe cel mai mare de acest gen. Produsul unei campanii de cercetare de doi ani, ADN-ul reproiectat este format din patru milioane de segmente - de patru ori mai mult decât deținătorul înregistrării anterioare. Poate cel mai impresionant, bacteriile conțin doar 61 de codoni, spre deosebire de cele 64 găsite în aproape toate viețuitoarele. În ciuda acestei diferențe aparente, bacteriile sintetice par să funcționeze la fel ca E. coli normale . Principalele diferențe, după cum relatează The New York Times, Carl Zimmer, sunt o rată de creștere mai lentă și o lungime mai lungă.
"Nu era complet clar dacă era posibil să se facă un genom atât de mare și dacă era posibil să fie schimbat atât de mult", spune Ian Sample, al coeditorului de studiu, Jason Chin, biolog la Universitatea din Cambridge.
Dar, după cum Tom Ellis, directorul Centrului de Biologie Sintetică din Imperial College London și un recenzor al studiului, îi explică lui Ryan Mandelbaum, lui Gizmodo, eforturile echipei au culminat în cele din urmă cu un "tur de forță" pentru domeniu: "S-au sintetizat, a construit și a arătat că un genom de 4 milioane-bază-pereche de sinteză ar putea funcționa, spune Ellis. „Este mai mult decât făcuse cineva înainte.”
Pentru „recodificarea” unui genom, oamenii de știință trebuie să manipuleze cele 64 de codoni sau combinații de trei litere ale moleculelor de ADN A, T, C și G - scurte pentru adenină, timină, citozină și guanină - care alimentează toate organismele vii. Deoarece fiecare dintre cele trei poziții dintr-un codon poate conține oricare dintre cele patru molecule, există 64 de combinații totale posibile (4 x 4 x 4). Aceste combinații, la rândul lor, corespund cu aminoacizi specifici, sau compuși organici care construiesc proteinele necesare vieții. TCA, de exemplu, se potrivește cu aminoacizii serină, în timp ce AAG specifică lizina. TAA acționează ca un semn de oprire de acest fel, semnalând organismului să înceteze adăugarea de aminoacizi la o proteină în curs de dezvoltare, Sharon Begley explică STAT.
Există o altă captură a acestui proces deja complex: Deoarece există doar 20 de aminoacizi asociați codului genetic, mai mulți codoni pot corespunde cu un acid. Serina, de exemplu, este legată nu numai de TCA, ci de AGT, AGC, TCT, TCC și TCG. După cum scrie John Timmer Ars Technica, nepotrivirea numărului de codoni față de aminoacizi face ca 43 de codoni să fie în mare măsură străini. Deși celulele folosesc aceste seturi suplimentare drept coduri de stop, instrumente de reglementare și căi mai eficiente către codificarea unei proteine specifice, faptul rămâne că multe sunt redundante.
Determinarea cât de redundante au fost luate încercări și erori extinse. Chin îi spune lui Begley: „Există multe moduri posibile de a recodifica un genom, dar multe dintre ele sunt problematice: celula moare.”
Pentru a crea genomul sintetic de succes, Chin și colegii săi au înlocuit fiecare instanță a codonilor serin TCG și TCA cu AGC și, respectiv, AGT. De asemenea, echipa a înlocuit fiecare cod TAG, semnalizând un stop, cu TAA. În cele din urmă, notează Zimmer al The New York Times, ADN-ul recodificat a folosit patru codoni serine mai degrabă decât patru și doi codoni de oprire, mai degrabă decât trei. Din fericire, oamenii de știință nu au trebuit să finalizeze această lucrare de mână. În schimb, au făcut cele 18.214 înlocuitori tratând codul E. coli ca un fișier text enorm și îndeplinind o funcție de căutare și înlocuire.
Transferul acestui ADN sintetic în bacterii s-a dovedit a fi o sarcină mai dificilă. Având în vedere lungimea și complexitatea genomului, echipa nu a putut să-l introducă într-o celulă într-o singură încercare; în schimb, oamenii de știință s-au apropiat de slujbă în etape, rupând cu atenție genomul în bucăți și transplantându-l în bacterii vii câte puțin.
Realizarea cercetătorilor este de două ori, spune Chin într-un interviu acordat Antonio Regalado al revizuirii tehnologiei MIT . Nu numai că genomul reproiectat este o „realizare tehnică”, ci și „vă spune ceva fundamental în biologie și cât de maleabil este codul genetic.”
Potrivit eșantionului Guardian, cercetarea ar putea ajuta oamenii de știință să creeze bacterii rezistente la virus echipate pentru a fi utilizate în industria biofarmaceutică; E. coli este deja utilizat pentru fabricarea insulinei și a compușilor medicali care tratează cancerul, scleroza multiplă, atacurile de inimă și bolile ochilor, dar datorită susceptibilității ADN-ului non-sintetic la anumiți viruși, producția poate fi ușor blocată.
O altă implicație cheie a studiului se concentrează asupra aminoacizilor. După cum scrie Roland Pease al BBC News, utilizarea genomului E. coli a 61 din 64 de codoni posibili lasă trei deschise pentru reprogramare, deschizând ușa pentru „blocuri de construcții nefirești” capabile să îndeplinească funcții anterior imposibile.
Vorbind cu Zimmer, Finn Stirling, biolog sintetic la Harvard Medical School care nu a fost implicat în noile cercetări, concluzionează: „Teoretic, ai putea recoda orice”.
