Перепроектування генетичного коду створює «фаєрвол» для патогенів

Змодифікувавши генетичну інформацію, закодовану в ДНК, біологи успішно створили ізольовані організми, позбавлені здатності обмінюватися генетичною інформацією з навколишнім середовищем. Цей метод дозволить захистити цінні штучно створені бактерії від природних «загарбників», таких як віруси, і навпаки – захистить природні організми від інженерного генетичного матеріалу.

Генетичний код — це правила, за якими інформація кодується в ДНК. Мотиви генетичного коду – триплети нуклеотидів (кодони), які кодують амінокислоти – універсальні для всіх царств життя. Оскільки живі організми мають спільну мову генетичного програмування, отримуючи гени від інших видів, вони можуть набувати нові здібності. Крім того, універсальна мова програмування дозволяє біотехнологам вставляти задані гени в бактерії, спонукаючи їх продукувати необхідні сполуки, наприклад, інсулін. Однак генно-інженерні клітини вразливі перед вірусами та плазмідами, що вживлюють в них власний генетичний код і таким чином псують.

Стратегія, запропонована біологами з Кембриджського університету, допоможе захистити цінні генно-інженерні бактерії, що продукують лікарські сполуки, від «вторгнення» вірусів, які окупують генетичний апарат корисних мікроорганізмів.

Минулого року команда з Кембриджського університету замінили один зі стоп-кодонів у Escherichia coli, додавши в її код ще один рівень захисту. Таким чином вони отримали модифікований бактеріальний штам Syn61Δ3, нездатний зчитувати два серинові кодони від патогенів, і таким чином захищений від бактеріофагів.

Рефакторинг генетичного коду захищає від інвазій

Проте далі дослідники виявили, що Syn61Δ3 чутливий до 12 типів вірусів, виділених із різних джерел. Тому вдосконалили свою стратегію «програмного захисту» двома шляхами: перший передбачає розробку тРНК, які активно руйнують вірусні білки, кодуючи неправильні амінокислоти, такі як пролін і аланін, у відповідь на чужі серинові кодони; другий наділяє Syn61Δ3 модифікованими тРНК, які неправильно зчитують два кодони серину, що переносяться вірусами, вставляючи лейцин замість серину.

Таким чином дослідники створили клітини з генетичним «брандмауером», який ізолює синтетичні організми від навколишнього середовища шляхом рефакторингу генетичного коду.

Створені британськими дослідниками взаємно ортогональні горизонтальні системи переносу генів дозволяють передачу генетичної інформації між організмами, які використовують однаковий генетичний код, але обмежують передачу генетичної інформації між організмами, які використовують різні генетичні коди. В той самий час, запрограмована «заборона» на реконструювання кодів у синтетичних організмах повністю блокує вторгнення мобільних генетичних елементів, включаючи вірусні, які несуть власні фактори трансляції та успішно вторгаються в організми за допомогою канонічних і стиснутих генетичних кодів.