Viață artificială? Cercetătorii au realizat un ADN total artificial

Oamenii de știință au creat un organism viu al cărui ADN este în întregime artificial. Cercetătorii de la Laboratorul de Cercetări Medicale din cadrul Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology din Marea Britanie au rescris ADN-ul bacteriei Escherichia coli, formând un genom sintetic de patru ori mai mare și mult mai complex decât oricare altul creat anterior, scrie nytimes.com.

Bacteriile sunt vii, deși se reproduc lent, dar celulele lor funcționează conform unui nou set de reguli biologice, producând proteine familiare cu un cod genetic reconstruit.

Realizarea ar putea duce într-o zi la organisme care produc medicamente noi sau alte molecule valoroase, ca fabrici vii. Aceste bacterii sintetice pot oferi, de asemenea, indicii despre modul în care a apărut codul genetic în istoria timpurie a vieții.  "Este un reper. Nimeni nu a făcut ceva de genul acesta ca importanță sau în ceea ce privește numărul de modificărilor ce vor apărea de acum  înainte" a spus Tom Ellis, directorul Centrului de Biologie Sintetica la Colegiul Imperial din Londra, care nu a fost implicat in noul studiu.

Cum fuuncționează

Fiecare genă dintr-un genom viu este detaliată într-un alfabet de patru baze, molecule numite adenină, timină, guanină și citozină (deseori descrise numai prin primele lor litere: A, T, G, C). O genă poate fi făcută din mii de baze.

Genele direcționează celulele să aleagă între 20 de aminoacizi, blocuri de proteine, un fel de „cal de bătaie” din fiecare celulă. Proteinele efectuează un număr mare de „joburi” în organism, de la transportul de oxigen în sânge, până la a genera forța în mușchii noștri.

În urmă cu nouă ani, cercetătorii au construit un genom sintetic care avea un milion de perechi de baze lungi. Noul genom E. coli, raportat în revista Nature, are patru milioane de perechi de baze lungi și a trebuit să fie construit cu metode complet noi.

Nou studiu a fost condus de Jason Chin, un biolog molecular la laboratorul M.R.C., care a vrut să înțeleagă de ce toate lucrurile vii codifică informațiile genetice în același mod neplăcut.

Producția fiecărui aminoacid din celulă este dirijată de trei baze dispuse în lanțul ADN. Fiecare dintre aceste trio-uri este cunoscut ca un codon. Codonul TCT, de exemplu, asigură faptul că un aminoacid numit serină este atașat la sfârșitul unei noi proteine.

Deoarece există doar 20 de aminoacizi, credeți că genomul are nevoie doar de 20 codoni pentru a le face. Dar codul genetic este plin de redundanțe, din motive pe care nimeni nu le înțelege.

Aminoacizii sunt codificați cu 61 de codoni, nu cu 20. Producția de serină, de exemplu, este guvernată de șase codoni diferiți. (Alți trei codoni sunt numiți codoni de oprire, pentru că ei spun ADN-ului unde să oprească construcția unui aminoacid.)

Curiozitatea cercetătorilor

Ca mulți oameni de știință, dr. Chin a fost intrigat de toată această duplicare și se întreabă dacă au fost toate aceste bucăți de ADN esențiale pentru viață. "Deoarece viața folosește în mod universal 64 de codoni, nu am avut un răspuns", a spus dr. Chin. Deci, el a pornit să creeze un organism care ar putea pune lumină în această problemă.

După câteva experimente preliminare, el și colegii săi au proiectat o versiune modificată a genomului E. coli pe un calculator care necesită doar 61 de codoni pentru a produce toți aminoacizii necesari organismului.
În loc să solicite șase codoni pentru a face serină, acest genom a folosit doar patru. Avea doi codoni de oprire, nu trei. În fapt, cercetătorii au tratat ADN-ul E. coli ca și cum ar fi un fișier text gigantic, efectuând o funcție de căutare și înlocuire la peste 18.000 de spoturi.

Acum, cercetătorii au avut un plan pentru un nou genom, patru milioane de perechi de bază lungi. Ei ar putea sintetiza ADN-ul într-un laborator, dar introducându-l în bacterii - în esență înlocuind genele sintetice cu cele produse de evoluție - a fost o provocare descurajantă.

Genomul era prea lung și prea complicat pentru a-l forța în celulă într-o singură încercare. În schimb, cercetătorii au construit segmente mici și le-au schimbat bucată cu bucată în genomul E. coli. În momentul în care au fost terminate, nu au mai rămas segmente naturale.

Spre ușurarea lor, E. coli modificat nu a murit. Bacteriile cresc mai lent decât cele ale unei E-coli obișnuite și se dezvoltă mai mult în celulele în formă de tije. Dar ele sunt foarte vii.

Dr. Chin speră să construiască pe acest experiment eliminând mai mulți codoni și comprimând codul genetic mai departe. El dorește să vadă cât de raționalizat poate fi codul genetic, rămânând în viață.

Multe companii folosesc astăzi microbi modificați genetic pentru a face medicamente cum ar fi insulina sau substanțe chimice utile, precum enzimele din detergent. Dacă un focar viral afectează rezervoarele de fermentație, rezultatele pot fi catastrofale. Un microb cu ADN sintetic ar putea deveni imun la astfel de atacuri.