Всё более синтетическая биология
Аденин, цитозин, гуанин, хлорурацил – химическая эволюция генома бактерии
LifeSciencesToday по материалам Freie Universitaet Berlin:
A,C,G,c– chemical evolution of a bacterium’s genome
Генетическая информация всех живых клеток хранится в ДНК, состоящей из четырех канонических азотистых оснований – аденина (А), цитозина (C), гуанина (G) и тимина (T). Международная группа ученых, развивающих молодую область наук о жизни – ксенобиологию, достигла успеха в создании бактерии, в ДНК которой тимин заменен синтетическим строительным блоком 5-хлорурацилом (с) – веществом, токсичным для других организмов.
В проекте, координаторами которого являлись Руперт Мутцель (Rupert Mutzel) из Института биологии Свободного берлинского университета (Institut für Biologie, Freie Universität Berlin) и Филипп Марльер (Philippe Marlière) из Heurisko USA Inc., принимали участие ученые из Франции и Бельгии. Как сообщается в статье, опубликованной в последнем номере журнала Angewandte Chemie International Edition (Chemical Evolution of a Bacterium's Genome), эксперименты основывались на уникальной технологии, разработанной Марльером и Мутцелем, позволяющей управлять эволюцией организмов в строго контролируемых условиях. В течение длительного времени большие популяции микробных клеток культивировались в присутствии в питательной среде токсичного химического вещества – в данном случае, 5-хлорурацила – в сублетальной концентрации. Это привело к появлению генетических вариантов, способных противостоять высоким концентрациям этого вещества.
В ответ на появление в клеточной популяции таких вариантов концентрация токсичного вещества в среде увеличивалась, поддерживая, таким образом, постоянное селективное давление. Этот автоматизированный процесс длительной эволюции был применен, чтобы адаптировать генетически модифицированную кишечную палочку Escherichia coli, неспособную синтезировать естественное азотистое основание тимин, к росту при повышающихся концентрациях 5-хлорурацила. Примерно через 1000 поколений были получены потомки исходного штамма, которые использовали 5-хлорурацил в качестве полноценной замены тимина. Последующий анализ генома выявил многочисленные мутации в ДНК адаптировавшихся бактерий. Вклад этих мутаций в адаптацию клеток к галогенированному основанию будет предметом дальнейших исследований.
Химически модифицированные микроорганизмы с 5-хлорурацилом вместо тимина
первоначально выглядят как разнообразные волокна,
но постепенно приобретают вид коротких палочек,
типичный для дикого вида E. coli.
(onlinelibrary.wiley.com)
Помимо очевидного интереса, который столь радикальное изменение в химии живых систем представляет для фундаментальной науки, ученые считают результаты своей работы важными и для раздела синтетической биологии – ксенобиологии. Эта молодая область наук о жизни имеет своей целью создание новых организмов, не встречающихся в природе и обладающих метаболическими чертами, оптимизированными для производства энергии альтернативными способами или для синтеза крайне дорогостоящих химических веществ. Считается, что такие организмы, как и ГМО, представляют собой потенциальную угрозу для природных экосистем в случае их «утечки» из лабораторий. Реальная опасность заключается либо в прямой конкуренции с организмами дикого типа, либо в распространении их «синтетической» ДНК.
Ученые признали, что они не могут гарантировать того, что инженерные формы жизни никогда не попадут в природную среду, так же как невозможно полностью предотвратить «просачивание» радиоактивных изотопов, происходящее в окрестностях атомных электростанций. Однако синтетические организмы, полученные Марльером и Мутцелем, полностью зависимые от наличия в среде веществ, не встречающихся в природе, или содержащие в своем генетическом материале – ДНК – ненатуральные строительные блоки, не смогут ни обмениваться генетическим материалом с организмами дикого типа, ни составить им конкуренцию. Они просто погибнут в отсутствии ксенобиотика.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
04.07.2011