Επιστήμονες δημιούργησαν ένα βακτήριο με γενετικό κώδικα πιο απλοποιημένο – και πιο τροποποιημένο – από οποιαδήποτε άλλη μορφή ζωής στη Γη.
Το βακτήριο αυτό, ένα συνθετικό Escherichia coli που ονομάζεται Syn57, έχει σχεδιαστεί ώστε να κατασκευάζει το σώμα του χρησιμοποιώντας μόνο 57 από τα 64 «κοντόνια» που έχουν χρησιμοποιηθεί από όλους τους γνωστούς οργανισμούς για δισεκατομμύρια χρόνια.
Η «συνταγή» της ζωής είναι γραμμένη σε μια γλώσσα που χρησιμοποιεί 64 διαφορετικά κοντόνια, το καθένα αποτελούμενο από τριπλέτα νουκλεοτιδίων. Είναι οι μακρές προτάσεις από «τριγράμματα» κοντόνια που αποτελούν το DNA και το RNA μας.
Αυτά παρέχουν στα κύτταρά μας τις απαραίτητες οδηγίες για να μετατρέψουν την καθημερινή ύλη στα δομικά στοιχεία της ζωής, τα αμινοξέα, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν πρωτεΐνες.
Όταν ένα κύτταρο κατασκευάζει πρωτεΐνες, «διαβάζει» τη σειρά των κοντονίων, γραμμένη με αυτά τα 64 τριγράμματα νουκλεοτιδίων, για να γνωρίζει ποια αμινοξέα να προσθέσει στη συνέχεια και πότε να σταματήσει.
Ωστόσο, αυτό το σύστημα έχει μερικά ακατανόητα διπλά. Όλα τα φυσικά έμβια όντα μπορούν να κατασκευάσουν τις πρωτεΐνες που χρειάζονται χρησιμοποιώντας μόνο 20 αμινοξέα, πράγμα που σημαίνει ότι πολλά κοντόνια είναι συνώνυμα και πλεονάζοντα.
Το Syn57 καταργεί κάποια από αυτά τα φαινομενικά περιττά κοντόνια. Άλλες ομάδες έχουν εργαστεί προς αυτόν τον στόχο, αλλά μια ομάδα από το Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology στο Ηνωμένο Βασίλειο είναι η πρώτη που μείωσε τη μορφή ζωής στα 57 κοντόνια, καταρρίπτοντας το προηγούμενο ρεκόρ των 61 κοντονίων.
Με το να κατασκευάσουν ολόκληρο το γονιδίωμα από το μηδέν, οι ερευνητές στόχευσαν στην κατάργηση τεσσάρων από τα έξι κοντόνια που σχετίζονται με το αμινοξύ σερίνη, δύο από τα τέσσερα κοντόνια αλανίνης και ενός κοντονίου «stop». Όπου αυτά τα πλεονάζοντα κοντόνια εμφανίζονταν στο γονιδίωμα του βακτηρίου, οι ερευνητές τα αντικατέστησαν με συνώνυμα κοντόνια που δίνουν τις ίδιες οδηγίες.
Αυτό απαιτούσε περισσότερες από 101.000 αλλαγές στον γενετικό κώδικα. Οι αλλαγές προγραμματίστηκαν πρώτα στον υπολογιστή σε τμήματα 100 κιλοβάιτ, και στη συνέχεια έγινε η επίπονη διαδικασία σύνθεσης του γονιδιώματος.
Για να διασφαλίσουν ότι δεν εισήγαγαν ουσιαστικά βλαβερές αλλαγές στα μικρόβια, η ομάδα δοκίμασε μικρά τμήματα του συνθετικού γονιδιώματος σε ζωντανά βακτήρια κομμάτι-κομμάτι, φτάνοντας τελικά στη σύνθεση της τελικής, εντελώς συνθετικής μορφής.
«Σίγουρα υπήρχαν στιγμές που σκεφτόμασταν, ‘Θα είναι αυτό αδιέξοδο ή μπορούμε να το ολοκληρώσουμε;’» δήλωσε ο συνθετικός βιολόγος Wesley Robertson, ένας από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης, στον δημοσιογράφο Carl Zimmer της New York Times.
Είναι ένα τεράστιο έργο που δείχνει ότι η ζωή μπορεί να επιβιώσει με έναν σημαντικά συμπιεσμένο γενετικό κώδικα. Επιπλέον, αφήνει τα υπόλοιπα κοντόνια διαθέσιμα για να τους ανατεθούν διαφορετικοί ρόλοι.
«Το Syn57 διαθέτει περισσότερο χώρο για να εισαχθούν περαιτέρω μη-κανoνικά αμινοξέα, προσφέροντας μεγαλύτερες δυνατότητες για επέκταση του γενετικού κώδικα ακόμη περισσότερο», αναφέρει η ομάδα σε δελτίο Τύπου. «Αυτό θα επιτρέψει στους ερευνητές να αναπτύξουν καινοτόμα συνθετικά πολυμερή και μακροκύκλους».
Και επειδή ο «μη-κανoνικός» γενετικός κώδικας του Syn57 θα είναι ακατανόητος για τα «φυσικά» μικρόβια, όπως οι ιοί, οι οποίοι λειτουργούν καταλαμβάνοντας την παραγωγή πρωτεϊνών των κυττάρων, αυτό το βακτήριο θα μπορεί να αντισταθεί σε μολύνσεις. Αυτό θα μπορούσε να μειώσει τα κόστη στη βιομηχανική παραγωγή βακτηριακών πρωτεϊνών, όπου οι ιογενείς επιδημίες αποτελούν σημαντικό εμπόδιο.
Αυτό το ακατανόητο γονιδίωμα μπορεί επίσης να αποστειρώσει αποτελεσματικά τα γενετικά τροποποιημένα βακτήρια, μια ελκυστική προοπτική για την αντιμετώπιση ανησυχιών σχετικά με τη διαρροή τροποποιημένων γονιδίων στο φυσικό περιβάλλον.
«Μπορούμε έτσι να αποτρέψουμε τη διαρροή πληροφοριών από τον συνθετικό οργανισμό μας», δήλωσε ο Robertson στον Zimmer.
«Αυτή η εργασία δείχνει πώς η σύνθεση γονιδιώματος μπορεί να μετακινήσει τις αλληλουχίες των οργανισμών σε νέες περιοχές του χώρου αλληλουχιών που ίσως δεν έχουν προσπελαστεί από τη φυσική ζωή», καταλήγει η ομάδα.
Η έρευνα αυτή δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science.
Πηγή: Science Alert
