Новости химической науки > Химическая эволюция бактерий

Европейские исследователи использовали хлорированную ДНК для создания штамма Escherichia coli с «независимым» геномом. Новый геном не может быть перенесен бактериям с обычным, немодифицированным геномом. Результаты открытия позволят в будущем создать то, что исследователи называют «генетический брандмауэр».

Генетическая последовательность всех организмов на Земле основана на чередовании четырех главных азотистых оснований (аденин, тимин, гуанин и цитозин), универсальность генетического кода приводит к тому, что гены могут переноситься от одних биологических видов на другие. Этот процесс, известный как горизонтальный перенос генов, является одной из причин распространения штаммов, резистентных к антибиотикам; ряд исследователей обеспокоен, что горизонтальный перенос может привести к передаче генов, измененных с помощью генной инженерии, биологическим видам, обитающим в естественных условиях живой природы.

Возглавлявший исследование Руперт Мютцель (Rupert Mutzel) из Свободного Университета Берлина отмечает, что поскольку в новом бактериальном геноме используется отличный от универсального набор азотистых оснований, даже в случае реализации горизонтального переноса генов бактерия, «подхватившая» новый тип ДНК, быстро утеряет свою жизнеспособность.

Бактерия E. coli, в ДНК которой содержится тимин (сверху) и хлорурацил (снизу). (Рисунок из Angew. Chem., Int. Ed., 2011, DOI:10.1002/anie.201100535)

Мютцель заявляет, что общественность требует соблюдения мер безопасности в синтетической биологии, и, по его мнению, исследование, проведенное в его группе, можно считать первым шагом в достижении этой цели.

Исследователи из группы Мютцеля ускорили эволюцию E. coli, вынудив бактерию заместить в ее ДНК тимин на хлорурацил. Для этого исследователи использовали устройство, которое позволяло E. coli перемещаться между различными питательными средами – одна из таких сред содержала тимин, а другая – хлорурацил. Медленно – цикл за циклом из питательной среды отбирались бактерии, ДНК которых содержит хлорурацил, и которые могут обходиться без тимина. Исследователи наблюдали, что первоначально эволюционировавшие клетки E. coli внешне отличались от исходных бактерий, однако постепенно их форма снова возвращалась к форме коротких стержней, типичных для E. coli, не подвергшихся мутации. Однако, по словам Мютцеля, остается открытым ответ на вопрос – можно ли считать, что «химический мутант», в основе которого лежит другой тип ДНК, еще является E. coli?

Недилжко Будиса (Nediljko Budisa) из Берлинского технологического института, недавно организовавший исследовательский кластер по работе с синтетическими бактериями, описывает подход Мютцеля как весьма элегантное решение проблемы горизонтального переноса генов.

Однако в настоящий момент нельзя сказать, что новая бактерия полностью изолирована от мира ДНК, построенных на основе аденина, тимина, гуанина и цитозиа. Если новый штамм будет содержаться в среде, содержащей тимин и не содержащей хлорурацила, может произойти «дезэволюция» и хлорурацил будет замещен на тимин.

Следующим этапом в создании «генетического брандмауэра» может быть создание организмов со структурой гена, полностью параллельной существующему миру ДНК – только в таком случае удастся избежать как параллельного переноса генов, так и возврата генетически модифицированного организма к исходному миру ДНК. Представители такого нового биологического мира микроорганизмов с альтернативной ДНК могут использоваться в биотехнологии без опасения – даже если такие микроорганизмы по какой-то причине, несмотря на все предосторожности, попадут в окружающую среду, погибнут, поскольку не смогут в ней развиваться.

Источник: Angew. Chem., Int. Ed., 2011, DOI:10.1002/anie.201100535

метки статьи: #биохимия, #вопросы экологии, #молекулярная биология, #химическая эволюция