Britští výzkumníci zjistili, že částečným přepsáním genetického kódu v bakteriích mohou zmařit replikaci invazivních virů. Tato nová strategie by mohla chránit bakterie produkující léky před virovými útoky a zabránit potenciálně nebezpečným genům před únikem z geneticky modifikovaných organismů. „Jsou to důležité kroky vpřed, obě zjištění mají velký technologický příslib,“ řekl pro Science syntetický biolog Ned Budisa z Univerzity v Manitobě. Sám však na výzkumu nepracoval.
Vědecký tým z Laboratoře lékařského výzkumu molekulární biologie na Univerzitě v Cambridgi částečně přepracoval existující genetický kód bakterie na ,šifru‘, kterou normální organismy nemohou pochopit. Úpravy vytvořily silnou jazykovou bariéru mezi bakteriemi a ostatními přírodními organismy, což znemožnilo vzájemné sdílení jakýchkoliv informací.
Tento proces, nazývaný refaktoring, vytváří kolem syntetických organismů jakousi ,karanténu‘, která jim znemožňuje kontakt s okolním přírodním světem. Upravené bakterie jsou tak odolné i vůči těm nejagresivnějším virům. „Vytvořili jsme novou formu života, která nečte tradiční genetický kód. Veškeré informace zapisuje ve formě, již nelze běžně přečíst,“ řekl vedoucí studie Jason Chin.
Část genetického kódu je nadbytečná
Jazyk života je překvapivě jednoduchý. Naše DNA se skládá ze čtyř písmen – A, T, C a G. Pokud mají geny cokoliv ovlivnit, musejí být přeloženy do proteinů, které se skládají z 20 různých aminokyselin. Tento buněčný výrobní proces je ale poměrně složitý. Na začátku stojí jednovláknová nukleová kyselina (mRNA), která do buňky přinese genetickou zprávu.
V ,továrně‘ na výrobu bílkovin uvnitř buňky pak probíhá překlad genetického kódu na aminokyseliny. Každou z nich přitom tvoří tři písmena DNA seskupená do jednoho kodonu. Jinými slovy, molekuly transportéru nazývané tRNA kód přečtou a uchopí odpovídající aminokyselinu. Postupným opakováním celého procesu nakonec buňka vytvoří dlouhý řetězec proteinů připravený k dalšímu zpracování do své konečné 3D struktury.
Háček je v tom, že písmena DNA tvoří 64 různých kombinací kodonů, ačkoliv sami lidé disponují pouze 20 aminokyselinami. Řečeno jinak, náš genetický kód je nadbytečný – například kodony TCG, TCA, AGC a AGT všechny kódují stejnou aminokyselinu. Cílem vědců tedy bylo zefektivnění genetického kódu a uvolnění ,nepotřebných‘ kodonů pro jiné proteiny.
První úspěch zhatily sobecké geny
Už v roce 2021 Chinův tým poprvé dokázal, že něco takového možné je. Vědci totiž přepsali přes 18 tisíc kodonů v bakteriích E. coli. Nová forma života přitom fungovala zcela bez problémů, a to i s uvolněnými kodony připravenými k programování. Následně výzkumníci odstranili tRNA, které četly zaniklé kodony, což umožnilo supervýkonnému kmenu bakterií Syn61Δ3(ev5) ubránit se velkému množství virů. Ty totiž pro svoji replikaci potřebují získat genetický aparát buňky. Protože ale buňka nedokázala přečíst standardní genetický kód virů, nebyla již vůči útočníkům náchylná.
V nedávném výzkumu každopádně syntetičtí biologové George Church a Akos Nyerges zjistili, že Syn61Δ3 není tak neporazitelný, jak se zprvu zdálo. Politím bakterií viry izolovanými z prasečího hnoje a šrotu z kurníku vědci našli zhruba tucet virů, jež by stále mohly proniknout genetickou obranou bakterií. Mohly za to mobilní genetické prvky, běžněji známé jako ,sobecké geny‘. Tyto přeskakující kousky genetického kódu pocházejí z virů či bakterií a jsou zabudovány do našeho vlastního genomu.
Protože se jedná o kód DNA, mohou uvedené prvky kódovat tRNA uvnitř buňky. Pokud přitom virus tyto sobecké geny ukrývá, mohla by se otevřít biologická ,zadní vrátka‘ k infikování jinak odolné buňky, jako je třeba Syn61Δ3. „Tato schopnost učinila firewall založený na genetickém kódu neúčinným,“ vysvětlil Nyerges, jenž pracuje na Harvardské univerzitě.
Chinův vědecký tým zjištěné výsledky potvrdil. V novém výzkumu proto zvolil jinou strategii – aktivně sabotoval dodávku aminokyseliny serin, kterou nahradil alternativami. Výzkumníci učinili obrazně řečeno to samé, jako kdyby v textu změnili písmeno S například na P nebo A. Výsledek je normálně nečitelný, ale pro uměle vytvořenou buňku to žádný problém nepředstavuje.
Bakterie odolala (téměř) všem virům
Celkově je možné nezávisle přiřadit dva kodony čtyřem různým aminokyselinám, díky čemuž vznikne šestnáct nových genetických kódů. Aby vědci pomohli buňce přečíst její nový kód, přeprogramovali velkou část tRNA. Ty tak nyní k vytvoření proteinu použijí naprogramovanou aminokyselinu místo přirozeného genetického kódu.
Díky uvedeným vylepšením je kmen bakterií Syn61Δ3 opravdu mimořádný. Jeho genetický kód je v současnosti značně odlišný od kódu jakéhokoli jiného živého tvora. Což s sebou přináší mnoho výhod, přičemž největší z nich je omezení takzvaného horizontálního přenosu. Tento proces syntetické biology dlouhodobě trápí, protože by kvůli němu mohly jejich geneticky upravené prvky teoreticky uniknout do volné přírody.
Extra úpravy učinily nový kmen pro viry takřka neporazitelným. Takřka proto, že dvěma druhům virů nalezených v řece Cam protékající Cambridgem, jež nesly své vlastní tRNA, se tuto genetickou úpravu překonat podařilo. Proti bezpočtu jiných ale zafungovala náramně, včetně těch se sobeckými geny. Navíc když pak Nyerges s Churchem překódovali Syn61Δ3 tak, že serin nahradili jinou aminokyselinou, dokázala bakterie odolat i jim.
Schopnost Syn61Δ3 vzdorovat virům je prvním krokem k takzvanému genetickému refaktorování, o kterémžto procesu vědci uvažují jako o něčem, co může vytvořit organismy se zcela novými vlastnostmi.
„Strategie, které jsme popsali, mohou být použitelné na jakýkoli gen nebo genetický systém. Předpokládáme tedy, že naše principy můžou být aplikovány na širokou škálu organismů,“ doplnil Chin.
Chcete mít každé ráno v mailu přehled aktuálních článků z Eura? Objednejte si náš mailový servis a žádná důležitá informace vám neuteče. Objednat si lze i týdenní přehled nebo také newsletter To hlavní, páteční souhrn nejdůležitějších článků ze všech našich serverů.
