Ćwiartowane geny

Bakterię E. coli ze zmienionym DNA stworzyli amerykańscy badacze. To otwiera nową możliwość walki z wirusami - pisze Krzysztof Urbański.

Publikacja: 22.10.2013 09:42

Naukowcy po raz pierwszy zmienili DNA bakterii, dzięki temu wytwarzają białka, które normalnie nie w

Naukowcy po raz pierwszy zmienili DNA bakterii, dzięki temu wytwarzają białka, które normalnie nie występują w naturze

Foto: 123RF

Eksperymenty ze zmianą materiału genetycznego bakterii prowadzone były przez dwa zespoły badaczy. Ich wyniki zostały opublikowane w najnowszym wydaniu magazynu „Science". Pracami jednego kierował prof. Robert Church z Harvard Medical School i Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, drugiego prof. Farren Isaacs z Yale School of Medicine.

Droga do stworzenia nowego organizmu doskonalszego od pierwowzoru występującego w naturze została otwarta.

– Organizmy z przeprogramowanym genomem mogą stanowić znakomitą ochronę przed wirusami – a zagrożenie z ich strony ogranicza możliwości biotechnologiczne. Mogą też zapobiec rozprzestrzenianiu się potencjalnie niebezpiecznych cech wśród naturalnie występujących organizmów – uważa prof. Church. – Te badania są częścią wysiłku wielu badaczy prowadzącego do poprawy bezpieczeństwa, wydajności i elastyczności biotechnologii.

Białko, jakiego nie ma

– Wyniki tych badań mogą otworzyć zupełnie nowy zestaw narzędzi chemicznych dla biotechnologi – dodaje prof. Isaacs. – Na przykład dodanie trwałych polimerów do cząsteczki terapeutycznej może umożliwić jej długie działanie w krwiobiegu.

W ramach jednego z projektów naukowcy stworzyli nowy genom: po raz pierwszy przeprogramowali materiał genetyczny 321 tzw. kodonów – jednostek w sekwencji DNA określonych trzema literami „wyrazami" – i poukładali je na nowo.

Kodony składają się z trzech nukleotydów kodujących określony aminokwas. Powstały nowe kodony, „wyrazy" kodujące inne aminokwasy. W taki zmieniony genom naukowcy wyposażyli bakterie wytwarzające białka, które normalnie nie występują w naturze.

Bitwa z wirusami

W drugim projekcie badacze usunęli 13 różnych kodonów, które pojawiają się w 42 odrębnych genach bakterii E. coli, i zastąpili je innymi kodonami o tej samej funkcji. W ten sposób 24 proc. DNA w 42 genach zostało zmienione, ale białka (składające się z powiązanych ze sobą aminokwasów) kodowane przez geny pozostały identyczne jak te przed wymianą kodonów.

– Pierwszy projekt mówi, że możemy wziąć jeden kodon, całkowicie usunąć go z genomu, a następnie z powodzeniem zastąpić jego funkcję – powiedział Marc Lajoie, który brał udział w obu eksperymentach. – W drugim projekcie możemy zapytać: „OK, zamieniliśmy jeden kodon, jak wiele innych możemy zamienić?".

Na praktyczne wykorzystanie zmodyfikowanych genomów musimy jeszcze trochę poczekać. Naukowcy podkreślają, że do uzyskania leków długo działających w krwiobiegu trzeba by zmienić duże połacie genomu – znacznie większe, niż udało się dotychczas. Prace w tym kierunku będą kontynuowane.

– Jeśli wprowadzimy kilka zmian, które sprawią, że mikroby będą trochę bardziej odporne na wirusy, te będą się bronić. Rozgorzeje bitwa – wyjaśnia prof. Church. – Jeśli jednak w trybie „offline" wprowadzimy masę zmian do genomu, wyposażymy w nowy zestaw mikroba i pokażemy go wirusowi – ten powie „poddaję się".  Żadna różnorodność populacji wirusów nie będzie na tyle duża, aby odpowiedzieć na działanie nowego genomu.

Nawet jedna genetyczna wada może być przyczyną śmierci organizmu, toteż seria zmian, jaką wprowadzili naukowcy, była prawdziwym wyzwaniem.

– Chcieliśmy opracować metodę budowania genomu takiego, jakiego potrzebujemy, i sposób identyfikowania problemów oraz szybkiego ich rozwiązywania, pozbywania się wad projektowych lub niepożądanych mutacji – powiedział Lajoie.

Moc ewolucji

Zespoły z laboratorium profesorów Churcha i Isaacsa zastosowały nowatorskie narzędzia sekwencjonowania: syntezy DNA na chipie i narzędzi do manipulacji genetycznych. Ale jednym z najważniejszych – jak twierdzą naukowcy – była moc doboru naturalnego.

– Kiedy zespół inżynierów projektuje nowy telefon komórkowy, to poświęca na to wiele czasu i pieniędzy. Oni naprawdę chcą, żeby telefon był zdolny do jak najbardziej wszechstronnej pracy – powiedział prof. Church. – Z E. coli możemy zrobić kilka miliardów prototypów z różnych genomów i niech wygra najlepszy szczep. To niesamowita moc ewolucji.

masz pytanie, wyślij e-mail do autora, k.urbanski@rp.pl

Eksperymenty ze zmianą materiału genetycznego bakterii prowadzone były przez dwa zespoły badaczy. Ich wyniki zostały opublikowane w najnowszym wydaniu magazynu „Science". Pracami jednego kierował prof. Robert Church z Harvard Medical School i Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, drugiego prof. Farren Isaacs z Yale School of Medicine.

Droga do stworzenia nowego organizmu doskonalszego od pierwowzoru występującego w naturze została otwarta.

Pozostało 90% artykułu
Nauka
Najkrótszy dzień i najdłuższa noc w 2024 roku. Kiedy wypada przesilenie zimowe?
https://track.adform.net/adfserve/?bn=77855207;1x1inv=1;srctype=3;gdpr=${gdpr};gdpr_consent=${gdpr_consent_50};ord=[timestamp]
Nauka
Pełnia Księżyca w grudniu. Zimny Księżyc będzie wyjątkowy, bo trwa wielkie przesilenie księżycowe
Nauka
W organizmach delfinów znaleziono uzależniający fentanyl
Nauka
Orki kontra „największa ryba świata”. Naukowcy ujawniają zabójczą taktykę polowania
Materiał Promocyjny
Bank Pekao wchodzi w świat gamingu ze swoją planszą w Fortnite
Nauka
Radar NASA wychwycił „opuszczone miasto” na Grenlandii. Jego istnienie zagraża środowisku