В ДНК нового штамма бактерии E. coli осталось всего 57 кодонов вместо привычных 64 — ученые избавились от повторяющихся «слов» в генетическом коде.
Генетический код в ДНК записан в виде триплетов — кодонов, каждый из которых задает определенную аминокислоту или сигнал остановки. Таких кодонов всего 64, но они дублируют друг друга: для 20 аминокислот и нескольких стоп-сигналов хватает меньшего набора. Много лет ученые задавались вопросом — можно ли упростить этот язык без вреда для жизни?
В 2019 году генетики уже создавали бактерию с 61 кодоном — Syn61. Она не только выжила, но и оказалась устойчива к вирусам, что сделало ее перспективной для биотехнологий. Теперь команда пошла дальше: в новой версии Syn57 задействованы только 57 уникальных кодонов.
Чтобы добиться этого, пришлось вручную заменить более 100 000 участков ДНК — убрать «лишние» кодоны и заменить их на синонимы. Для этого ученые разделили геном на 38 частей, с которыми работали поочередно, постоянно проверяя жизнеспособность бактерий. Иногда приходилось возвращаться и менять подход, если организм начинал «сбоить».
В результате экспериментов ученые получили жизнеспособные бактерии. Правда Syn57 растет в четыре раза медленнее обычной E. coli, но при этом сохраняет стабильность и демонстрирует адаптацию к новому коду.
Такой упрощенный организм обладает сразу несколькими преимуществами. Во-первых, вирусам трудно его «взломать» — они не распознают нестандартный код. Это важно для фармпроизводств и синтетической биологии. Во-вторых, освободившиеся кодоны можно использовать для создания новых, несуществующих в природе аминокислот — а значит, синтезировать белки и материалы с уникальными свойствами.
Кроме прикладных задач, работа поднимает фундаментальные вопросы: насколько можно упростить жизнь? И можно ли создать организмы с совершенно новым «языком» биохимии?
