Синтетическая кишечная палочка со сжатой ДНК перехитрила вирусы, совершив радикальный генетический скачок

Учёные создали бактерию с самой упрощённой системой генетического кода, доказав: для жизни не обязательно иметь все 64 стандартных триплета, используемых природой. Новый организм , названный Syn57, способен выживать, используя всего 57 кодонов вместо привычных 64. Это стало возможным благодаря масштабной генной инженерии и многолетней работе исследователей из Великобритании и США.

Генетический код, на котором основана жизнь, универсален почти для всех существ — от людей и деревьев до грибов и акул. Он построен из четырёх молекул — аденина, тимина, гуанина и цитозина — которые читаются по три штуки за раз, образуя так называемые кодоны. Всего существует 64 возможных варианта таких триплетов, 61 из которых кодируют 20 аминокислот, составляющих белки, а ещё три служат как стоп-сигналы. Однако многие аминокислоты закодированы сразу несколькими вариантами кодонов. Это делает генетический код избыточным, и учёные долгое время спорили, зачем природа допустила такую «избыточность».

С развитием технологий синтеза ДНК исследователи смогли приступить к реальным экспериментам по сокращению кода. Более десяти лет назад начались попытки искусственно собрать организмы с «урезанным» генетическим алфавитом. В 2019 году команда из британской Лаборатории молекулярной биологии создала бактерию E. coli с 61 кодоном, и это существо оказалось жизнеспособным. Тогда учёные решили пойти дальше и убрать ещё четыре кодона.

Создание Syn57 потребовало колоссальных усилий: пришлось вручную переписать более 100 тысяч кодонов в геноме бактерии, который насчитывает около четырёх миллионов букв. Это не просто замена одних букв на другие — многие гены в бактериях перекрываются, и малейшее вмешательство в один может повредить другой. Учёным пришлось создавать десятки обходных решений, в том числе разделять перекрывающиеся участки и изобретать способы компенсации.

Несмотря на множество неудач и технических препятствий, бактерия Syn57 всё же была создана . Она способна жить, но делает это с трудом. Если обычная E. coli делится за час, то новая версия тратит на это четыре. Исследователи теперь работают над тем, чтобы ускорить её рост. Если это удастся, Syn57 можно будет использовать для создания новых белков, включая те, которые невозможно получить с помощью обычных организмов. Химики уже умеют синтезировать сотни неестественных аминокислот, и часть из них можно будет внедрить в оставшиеся свободными кодоны, открыв путь к лекарствам и материалам нового типа.

Кроме того, Syn57 может стать решением проблемы биоопасности. Многие опасаются, что генно-модифицированные организмы могут случайно попасть в природу, передав свои гены другим бактериям. Но если код изменён настолько, что другие организмы просто не понимают «язык» искусственной бактерии, то риск утечки генетической информации становится минимальным. Ген, созданный для Syn57, будет для природных микробов просто бессмысленным набором букв.

Это открытие также возвращает учёных к фундаментальному вопросу: почему генетический код именно такой, каким мы его знаем? Один из отцов молекулярной биологии, лауреат Нобелевской премии Фрэнсис Крик, предположил в 1968 году, что генетический код мог возникнуть случайно. В ходе эволюции происходили мутации, которые случайно закрепили соответствие между кодонами и аминокислотами. Когда системы стали слишком сложными, любые изменения в коде стали фатальными, и он «заморозился» навсегда.

То, что бактерия способна выживать без семи кодонов, подтверждает эту гипотезу. Возможно, генетический код — не вершина эффективности, а всего лишь результат древнего случайного выбора, закреплённого эволюцией. Теперь у человечества есть шанс пересмотреть саму основу жизни и переписать её на новый лад.