Το νέο βακτήριο, έχει τη δυνατότητα να ανιστέκεται σε μεγάλο αριθμό των γνωστών ιών.
Όπως υποστηρίζουν οι συνθετικοί βιολόγοι, είμαστε σε θέση να επαναπρογραμματίσουμε τη ζωή κατά βούληση. Ο κεντρικός κώδικας για τη βιολογία είναι απλός. Τα DNA μεταφράζεται σε αμινοξέα τα οποία είναι τα δομικά συστατικά των πρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες χτίζουν το σώμα μας, ρυθμίζουν το μεταβολισμό μας και μας επιτρέπουν να λειτουργούμε ως ζωντανά όντα. Ο σχεδιασμός προσαρμοσμένων πρωτεϊνών συχνά σημαίνει ότι μπορούν να επανασχεδιαστούν μικρές μορφές ζωής, όπως βακτήρια, τα οποία θα είναι χρήσιμα για την υγεία μας.
Δείτε επίσης: Επιστήμονες δημιούργησαν «χιμαιρικά έμβρυα» από άνθρωπο και μαϊμού!
Η ζωή στη Γη είναι ένας συνδυασμός 64 κωδικών τριπλού DNA ή «κωδικονίων», που μεταφράζεται σε 20 αμινοξέα.
Τι γίνεται λοιπόν αν χρησιμοποιήσουμε τα πλεονάζοντα κωδικόνια όλων των ζωντανών όντων και αντ’ αυτού εισάγουμε τον δικό μας τεχνητό κώδικα;
Μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ πρόσφατα έκανε ακριβώς αυτό. Χρησιμοποίησαν CRISPR για να αντικαταστήσουν πάνω από 18.000 κωδικόνια με συνθετικά αμινοξέα που δεν υπάρχουν πουθενά στον φυσικό κόσμο. Το αποτέλεσμα είναι ένα βακτήριο που είναι ανθεκτικό σε όλες σχεδόν τις ιογενείς λοιμώξεις, επειδή δεν διαθέτει τις κανονικές πρωτεΐνες που οι ιοί χρησιμοποιούν για να μολύνουν ένα κύτταρο.
Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες μπόρεσαν να εισχωρήσουν μόνο ένα αμινοξύ σε έναν ζωντανό οργανισμό. Η νέα δυνατότητα ανοίγει την πόρτα στο να «χακάρουν» πολλά υπάρχοντα κωδικόνια ταυτόχρονα, αντιγράφοντας τουλάχιστον τρία συνθετικά αμινοξέα ταυτόχρονα. Και όταν είναι 3 στα 20, αυτό αρκεί για να ξαναπρογραμματίσουμε τη ζωή που υπάρχει στη Γη.
Εδώ και καιρό πιστεύουμε ότι «η απελευθέρωση ενός υποσυνόλου… κωδικονίων για εκχώρηση θα μπορούσε να βελτιώσει την ευρωστία και την ευελιξία της τεχνολογίας επέκτασης γενετικού κώδικα», έγραψε η Δρ. Delilah Jewel και ο Abhishek Chatterjee του Boston College, που δεν συμμετείχαν στη μελέτη. “Αυτό το έργο μεταμορφώνει κομψά αυτό το όνειρο σε πραγματικότητα.“
Η νέα μελέτη βλέπει τη φύση του πλεονασμού ως έναν τρόπο εισαγωγής νέων δυνατοτήτων στα κύτταρα.
Δείτε ακόμα: Επιστήμονες δημιούργησαν μοντέλα πρώιμου ανθρώπινου εμβρύου από βλαστοκύτταρα
Για εμάς, ένα ερώτημα ήταν εάν “θα μπορούσαμε να μειώσουμε τον αριθμό των κωδικονίων που χρησιμοποιούνται για την κωδικοποίηση ενός συγκεκριμένου αμινοξέος και επομένως να δημιουργήσουμε κωδικόνια που είναι ελεύθερα να δημιουργούν άλλα μονομερή [αμινοξέα];” δήλωσε ο κύριος συγγραφέας Δρ Jason Chin.
Είναι μια σπουδαία ιδέα στη θεωρία, αλλά στην πράξη ένα πραγματικά πολύ δύσκολο έργο. Αυτό σημαίνει ότι η ομάδα πρέπει να εισέλθει σε ένα κύτταρο και να αντικαταστήσει κάθε κωδικόνιο που θέλει να επαναπρογραμματίσει. Λίγα χρόνια πριν, η ίδια ομάδα έδειξε ότι είναι δυνατό στο βακτήριο E. Coli. Εκείνη την εποχή, η ομάδα έκανε ένα αστρονομικό άλμα στη συνθετική βιολογία, συνθέτοντας ολόκληρο το γονιδίωμα του E. Coli από το μηδέν.
Είναι σαν να παίρνεις ένα πολύ μεγάλο βιβλίο και να καταλαβαίνεις ποιες λέξεις θα αντικαταστήσεις με συνώνυμα χωρίς να αλλάζεις το νόημα των προτάσεων, έτσι ώστε οι αλλαγές να μην βλάψουν φυσικά την επιβίωση των βακτηρίων. Προηγούμενη εργασία έδειξε ότι αυτό μπορεί να προσθέσει νέα δομικά στοιχεία σε φυσικά κωδικόνια που είναι πραγματικά «κενά», δηλαδή δεν κωδικοποιούν τίποτα φυσικά.
Η ομάδα δημιούργησε μια μέθοδο που ονομάζεται REXER, η οποία περιλαμβάνει το εργαλείο επεξεργασίας γονιδίων wunderkind, CRISPR-Cas9. Με το CRISPR, έκοψαν με ακρίβεια μεγάλα μέρη του βακτηριακού γονιδιώματος του E.coli, φτιαγμένα εξ ολοκλήρου από το μηδέν μέσα σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα και στη συνέχεια αντικατέστησαν περισσότερα από 18.000 «επιπλέον» κωδικόνια που κωδικοποιούν τη σερίνη, με συνώνυμα κωδικόνια.
Επειδή το τέχνασμα στόχευε μόνο τον κώδικα περιττής πρωτεΐνης, τα κύτταρα έκαναν τη φυσιολογική τους δραστηριότητα, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής σερίνης, αλλά πλέον είχαν πολλά ακόμα φυσικά κωδικόνια.
Αφαίρεσαν τους φυσικούς μεταφραστές των κυττάρων, που συνήθως διαβάζουν τα κωδικοποιημένα κύτταρα. Εισήγαγαν νέες συνθετικές εκδόσεις tRNA για να διαβάσουν τα νέα κωδικόνια. Τα τροποποιημένα βακτήρια στη συνέχεια εξελίχθηκαν φυσικά μέσα σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα για να αναπτυχθούν πιο γρήγορα.
Δείτε επίσης: Επιστήμονες μπορούν να επικοινωνούν με ανθρώπους που…ονειρεύονται!
Τα αποτελέσματα ήταν θεαματικά. Το υπερδύναμο στέλεχος, Syn61.Δ3 (ev5), είναι βασικά ένα σούπερ βακτήριο που αναπτύσσεται γρήγορα και είναι ανθεκτικό σε πολλούς διαφορετικούς ιούς, που συνήθως μολύνουν βακτήρια.
Αλλά ίσως η πιο συναρπαστική προοπτική είναι η ικανότητα να ξαναπρογραμματίσουμε την υπάρχουσα ζωή. Παρόμοια με τα βακτήρια, εμείς και όλη η ζωή στη βιόσφαιρα, λειτουργούμε με τον ίδιο βιολογικό κώδικα. Η μελέτη δείχνει τώρα ότι είναι δυνατόν να ξεπεράσουμε το εμπόδιο των μόνο 20 αμινοξέων που αποτελούν τα δομικά στοιχεία της ζωής, αξιοποιώντας τις φυσικές βιολογικές διαδικασίες μας.
Στη συνέχεια, η ομάδα θα προσπαθήσει ενδεχομένως να επαναπρογραμματίσει τον φυσικό βιολογικό μας κώδικα, για να κωδικοποιήσει ακόμη περισσότερα συνθετικά δομικά στοιχεία πρωτεϊνών σε βακτηριακά κύτταρα.
