Перепроектирование генетического кода создает «файервол» для патогенов

Модифицировав генетическую информацию, закодированную в ДНК, биологи успешно создали изолированные организмы, лишенные возможности обмениваться генетической информацией с окружающей средой. Этот метод позволит оградить ценные искусственно созданные бактерии от природных «захватчиков», таких как вирусы, и наоборот – защитит природные организмы от инженерного генетического материала.

Генетический код – это правила, по которым информация кодируется в ДНК. Мотивы генетического кода – триплеты нуклеотидов (кодоны), кодирующие аминокислоты – универсальны для всех царств жизни. Поскольку живые организмы имеют общий язык генетического программирования, получая гены от других видов, они могут приобретать новые способности. Кроме того, универсальный язык программирования позволяет биотехнологам вставлять заданные гены в бактерии, побуждая их продуцировать необходимые соединения, например инсулин. Однако генно-инженерные клетки уязвимы перед вирусами и плазмидами, которые вживляют в них собственный генетический код и таким образом портят их.

Стратегия, предложенная биологами из Кембриджского университета, поможет оградить ценные генно-инженерные бактерии, продуцирующие лекарственные соединения, от «вторжения» вирусов, оккупирующих генетический аппарат полезных микроорганизмов.

В прошлом году команда из Кембриджского университета заменила один из стоп-кодонов в Escherichia coli, добавив в ее код еще один уровень защиты. Таким образом, они получили модифицированный бактериальный штамм Syn61Δ3, неспособный считывать два сериновых кодона от патогенов, и таким образом защищенный от бактериофагов.

Рефакторинг генетического кода защищает от инвазий

Однако далее исследователи обнаружили, что Syn61Δ3 чувствителен к 12 типам вирусов, выделенным из разных источников. Поэтому усовершенствовали свою стратегию «программной защиты» двумя путями: первый предполагает разработку тРНК, активно разрушающих вирусные белки, кодируя неправильные аминокислоты, такие как пролин и аланин, в ответ на чужие сериновые кодоны; второй наделяет Syn61Δ3 модифицированными тРНК, которые неправильно считывают два кодона серина, переносимого вирусами, вставляя лейцин вместо серина.

Таким образом, исследователи создали клетки с генетическим «брандмауэром», который изолирует синтетические организмы от окружающей среды путем рефакторинга генетического кода.

Созданные британскими исследователями взаимно ортогональные горизонтальные системы переноса генов позволяют передачу генетической информации между организмами, использующими одинаковый генетический код, но ограничивающие передачу генетической информации между организмами, использующими разные генетические коды. В то же время запрограммированный «запрет» на реконструкцию кодов в синтетических организмах полностью блокирует вторжение мобильных генетических элементов, включая вирусные, которые несут собственные факторы трансляции и успешно вторгаются в организмы с помощью канонических и сжатых генетических кодов.