Исслeдoвaтeлям из Нaучнo-исслeдoвaтeльскoм институтa Скриппсa (The Scripps Research Institute, TSRI) удaлoсь сoздaть пeрвый стaбильный и жизнeспoсoбный пoлусинтeтичeский микрooргaнизм, спoсoбный к сaмoстoятeльнoму размножению, генетический код которого содержит пары дополнительных оснований. Этот одноклеточный организм может не только жить, подобно другим одноклеточным, но и воспроизводить ДНК с дополнительными основаниями в процессе деления, передавая избыточную генетическую информацию своему потомству.
Клетки всех организмов естественного происхождения содержат записанную в их ДНК генетическую информацию, закодированную в виде последовательности пар из четырех оснований — A, T, C, G (Аденин (Adenine), Тимин (Thymine), Цитозин (Cytosine) и Гуанин (Guanine)). Каждое из этих оснований может образовывать пару исключительно только с одним из других оснований, A с T и C с G. Такие пары, нуклеотиды, связываются в цепочки при помощи ковалентных связей между сахаридной частью одной молекулы и фосфатной частью следующей.
Ученые из TSRI добавили в генетический код бактерий вида E.coli участки с еще двумя синтетическими основаниями, получивших условные названия X и Y. Получившаяся ДНК была внедрена в образцы бактерий, которые были потом простимулированы химическим путем для того, чтобы они могли выживать и размножаться, копируя свою видоизмененную ДНК.
«Нам впервые в истории науки удалось создать жизнеспособный полусинтетический организм» — рассказывает профессор Флойд Ромесберг (Floyd Romesberg), — «Более того, этот организм, благодаря наличию у него дополнительного генетического кода, может обладать весьма необычными свойствами. И все это демонстрирует нам то, что все определяющие жизнедеятельность процессы могут быть подвержены целенаправленной манипуляции и изменениям».
Следует заметить, что первые успешные эксперименты по введению в генетический код бактерий E.coli дополнительных оснований X и Y были выполнены учеными в 2014 году. Но те первые бактерии не могли передавать дополнительный код своим потомкам, синтетические основания попросту терялись при копировании ДНК во время деления клеток.
Внедрение дополнительных оснований с ДНК бактерии сначала достаточно плохо отразилось на состоянии ее «здоровья». Видоизмененные бактерии оказались вялыми, медленными и малоактивными. Но ученые нашли решение данной проблемы, улучшив «транспортер нуклеотидов», механизм, который стал способен копировать новые пары оснований.
Для всех манипуляций с геномом ученые использовали инструмент CRISPR-Cas9, а полученные при его помощи микроорганизмы сохраняли в неизменном состоянии свой «расширенный» генетический код на протяжении 60 последующих поколений. Этого факта достаточно для того, чтобы признать, что новые видоизмененные бактерии смогут сохранять свой вид в течение неопределенно долгого времени.
Процедура видоизменения ДНК с внесением синтетических оснований применима только по отношению к одноклеточным организмам и для нее сейчас не имеется областей практического применения. Однако, в дальнейшем такая ситуация может измениться, а ученые из TSRI уже начали новые исследования, направленные на создание процедуры расшифровки ДНК с расширенным набором оснований и определение видов белков, которые могут быть синтезированы на основе информации из такой ДНК.