4 Minutės
Gyvybė, kaip biologija mokė ištisas kartas, remiasi 20 dalių įrankių rinkiniu. Dabar ši taisyklė atrodo kiek mažiau absoliuti.
Kolumbijos universiteto, MIT ir Harvardo tyrėjai sukūrė naują E. coli versiją, kuri išgyvena be izoleucino, vienos iš 20 kanoninių aminorūgščių, ilgai laikytos gyvybės pagrindine sudedamąja dalimi. Tai padarius, jie, atrodo, sukūrė pirmą žinomą organizmą, sudarytą vos iš 19 aminorūgščių, kas yra ryškus žingsnis sintetinėje biologijoje ir intriguojanti užuomina diskusijai apie tai, kaip gyvybė išsivystė.
Darbas, paskelbtas žurnale Science, peržengia genetinį tobulinimą, kurį iki šiol pavykdavo atlikti laboratorijoms. Anksčiau mokslininkai išplėtė genetinį kodą pridėdami naujas aminorūgštis bakterijoms, mielėms ir kitiems organizmams. Vienos visiškas pašalinimas yra visai kitas iššūkis. Tai reiškia perprogramuoti sistemą, kurią evoliucija tobulino milijardus metų.
Kai biologija nebeatrodo pastovi
Komanda izoleuciną pasirinko neatsitiktinai. Chemiškai jis panašus į leucino ir valiną, todėl yra vienas iš lengviau pakeičiamų kandidatų standartiniame aminorūgščių rinkinyje. Tačiau net ir turint šį privalumą, tai nebuvo paprastas keitimas. Užuot perrašinėję kiekvieną baltymą po vieną, tyrėjai susitelkė į ribosomą, molekulinę mašiną, kuri surenka baltymus ir yra ląstelės gyvybės centre.
Ribosomoje jie pakeitė 382 izoleucino pozicijas, išlaikydami jos esminę funkciją. Vien tai prieš keletą metų būtų skambėję neįtikėtinai. Proveržį leido dirbtinio intelekto baltymų kalbos modeliai, kurie numatė alternatyvias baltymų struktūras ir pasiūlė pakaitalus, greičiausiai leisiančius ribosomai veikti be trūkstamos statybinės dalies.
Tai svarbu, nes DI ne tik pagreitino tyrimus. Jis siūlė molekulinius dizainus, kurių žmonės tyrėjai galbūt niekada nebūtų sugalvoję patys. Vietoj lėto galimybių tikrinimo per intuiciją, komanda galėjo nuskaityti didžiulį gyvybingų kombinacijų lauką mašininiu mastu.
Rezultatai pranoko daugelio lūkesčius. Iš 50 inžineriniu būdu sukurtų E. coli padermių, kuriose izoleucinas buvo pakeistas alternatyvomis, 18 augo įprastai. Tyrėjai tada sujungė 21 perrašytą ribosominį baltymą į vieną padermę. Po papildomų koregavimų ir tas organizmas augo, nors lėčiau nei neperrašyta E. coli.
Harris Wang, sistemų ir sintetinės biologijos specialistas Kolumbijos universitete, apibūdino šį pasiekimą kaip beveik sunkiausią įmanomą šios problemos versiją. Jo mintis aiški. Ribosoma nėra menkas ląstelės komponentas. Tai vienas iš sudėtingiausių ir neatsiejamų baltymų kompleksų biologijoje. Išimkite vieną iš gyvybės kertinių molekulinių raidžių ten, ir visas sakinys turėtų sugriūti. Šį kartą taip neįvyko.
Išvados siekia toli už vienos bakterijos ribų. Evoliucinėje biologijoje tyrimas sustiprina idėją, kad ankstyvoji gyvybė galėjo veikti su mažesniu cheminiu žodynu prieš susiformuojant šiuolaikiniam 20 aminorūgščių standartui. Mokslininkai apie tai spėliojo daugelį metų, bet įrodymų trūko. Šis naujas organizmas neįrodo, kad senovės gyvybė naudojo mažiau aminorūgščių, tačiau parodo, jog toks sistemos modelis yra iš principo įmanomas.
Biotechnologijai šis atradimas atveria papildomas galimybes. Jei pagrindinę ląstelės mašiną galima perkonstruoti su sumažintu aminorūgščių rinkiniu, ateityje mokslininkai galėtų kurti sintetinius organizmus, pritaikytus siauriems, didelės vertės uždaviniams medicinoje, biogamyboje ir aplinkos valyme. Yra ir saugumo aspektas. Organizmai, sukurti aplink neįprastą cheminę sandarą, gali tapti priklausomi nuo sąlygų ar maistingųjų medžiagų, kurių nėra gamtoje, todėl juos lengviau kontroliuoti už laboratorinių sąlygų ribų.
Ir yra platesnė perspektyva. Kosminė biologija iki šiol skambėjo kaip mokslinė fantastika, tačiau tokio tipo tyrimai rodo, ko ateities inžinerija gali pareikalauti. Jei žmonėms kada nors prireiks mikroorganizmų, pritaikytų atšiaurioms ne Žemės aplinkoms, kur cheminiai ištekliai yra riboti ar neįprasti, DI lydimas genų dizainas gali tapti vienu iš galingiausių įrankių.
Šiuo metu antraštė yra paprasta ir kiek neraminanti geriausiu įmanomu būdu. Taisyklė, kuri anksčiau atrodė fundamentali, pasirodė esanti derybinga. Pasitelkus DI, mokslininkai parodė, kad gyvybę galima apkarpyti dar labiau nei kada nors matyta gamtoje.
Palikite komentarą