Δημιουργήθηκε βακτήριο με ελάχιστο γενετικό κώδικα - Οι λεπτομέρειες του πειράματος που ανοίγει νέους δρόμους στην γενετική μηχανική
Η επιστήμη έκανε ένα ακόμη βήμα μπροστά στον τομέα της γενετικής μηχανικής, δημιουργώντας βακτήρια που παράγουν πρωτεΐνες με εντελώς διαφορετικό τρόπο σε σχέση με αυτό που συμβαίνει στη φύση: επιστήμονες δημιούργησαν ένα βακτήριο με μειωμένο γενετικό κώδικα, αφαιρώντας ορισμένα... «περιττά» κομμάτια από το DNA του.
Αυτό το βακτήριο, το Syn57, χρησιμοποιεί μόνο 57 κωδικόνια (όταν κανονικά χρησιμοποιούνται 64) και εξακολουθεί να λειτουργεί.
Η μείωση του γενετικού υλικού δείχνει ότι η ζωή μπορεί να υπάρξει ακόμη και με λιγότερες γενετικές πληροφορίες από τις συνήθεις, ανοίγοντας νέες δυνατότητες για τη γενετική μηχανική και τις εφαρμογές της.
Τα δεδομένα
Όλη η ζωή στη Γη – από τον άνθρωπο μέχρι τα φυτά, τα ζώα και τους μύκητες – χρησιμοποιεί τον καθολικό γενετικό κώδικα, ο οποίος, παρά τις μικρές διαφορές, παραμένει σχεδόν αμετάβλητος.
Αυτός ο κώδικας επιτρέπει στα κύτταρα να μετατρέπουν τις πληροφορίες που περιέχονται στο DNA σε πρωτεΐνες, οι οποίες είναι απαραίτητες για τη ζωή.
Ωστόσο, μία από τις ιδιότητές του είναι η υπερβολή: τα ίδια αμινοξέα μπορεί να κωδικοποιούνται με πολλούς διαφορετικούς τρόπους.
Για πολύ καιρό, οι ερευνητές προσπαθούσαν να καταλάβουν γιατί υπάρχει αυτή η υπερβολή και αν αποτελεί απλώς αποτέλεσμα εξελικτικών συμπτώσεων.
Χάρη στις σύγχρονες εξελίξεις στη γενετική μηχανική, οι επιστήμονες πέρασαν από τις θεωρητικές συζητήσεις σε πρακτικά πειράματα. Τα τελευταία χρόνια, κατάφεραν να δημιουργήσουν μικροοργανισμούς με μειωμένο γενετικό υλικό, αφαιρώντας κάποια από τα υπερβολικά στοιχεία.
Στη νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε σε επιστημονικό περιοδικό, περιγράφεται ένα μικρόβιο με βελτιστοποιημένο γενετικό κώδικα, το οποίο αποδεικνύει ότι η ζωή μπορεί να υπάρξει ακόμη και χωρίς τον πλήρη γενετικό κώδικα.
Παρατήρηση των νέων
Οι ερευνητές σημείωσαν ότι τα τροποποιημένα βακτήρια που δημιούργησαν, είναι ικανά να λειτουργούν με τον μειωμένο κώδικα, αποδεικνύοντας τη δυνατότητα ύπαρξης ζωής σε συνθήκες εντελώς διαφορετικές από αυτές που θεωρούνταν παραδοσιακές.
Ο γενετικός κώδικας αποτελείται από τέσσερις μοριακές βάσεις – αδενίνη (A), θυμίνη (T), γουανίνη (G) και κυτοσίνη (C) – οι οποίες σχηματίζουν αλληλουχίες που ονομάζονται κωδικόνια.
Κάθε κωδικόνιο αποτελείται από τρία στοιχεία και αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη ομάδα αμινοξέων.
Υπάρχουν συνολικά 64 κωδικόνια, από τα οποία τα 61 κωδικοποιούν 20 αμινοξέα και τα τρία υποδηλώνουν το τέλος του γονιδίου.
Μάλιστα, πολλά αμινοξέα μπορούν να κωδικοποιηθούν από πολλαπλά κωδικόνια, πράγμα που δημιουργεί την υπερβολή.
Το πείραμα
Για το πείραμα, οι επιστήμονες επέλεξαν το βακτήριο Escherichia coli – που χρησιμοποιείται εδώ και πάνω από εκατό χρόνια ως αντικείμενο έρευνας.
Αποφάσισαν να αφαιρέσουν κάποια υπερβολικά κωδικόνια για να εξετάσουν αν ο μικροοργανισμός θα μπορούσε να επιβιώσει με τον μειωμένο κώδικα.
Για παράδειγμα, το πλήθος των κωδονίων που κωδικοποιούν το αμινοξύ σερίνη μειώθηκε από έξι σε δύο.
Για να το πετύχουν αυτό, έπρεπε να αναδομήσουν πλήρως το γονιδίωμα του βακτηρίου, το οποίο αποτελείται από περίπου τέσσερα εκατομμύρια βάσεις, κάνοντας αλλαγές σε χιλιάδες περιοχές.
Προηγουμένως, οι ερευνητές είχαν ήδη καταφέρει να δημιουργήσουν μια εκδοχή του Escherichia coli με 61 κωδικόνια, την οποία ονόμασαν Syn61, η οποία λειτουργούσε επιτυχώς χωρίς τα τρία κωδικόνια.
Αυτή η επιτυχία τους ενέπνευσε για περαιτέρω πειράματα, με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί μια νέα εκδοχή του βακτηρίου — Syn57, που χρησιμοποιεί μόλις 57 κωδικόνια.
Μηχανικό επίτευγμα
Για την επίτευξη αυτού του στόχου, χρειάστηκε να τροποποιηθούν περισσότερα από 100.000 κωδικόνια, κάτι που αποτέλεσε πραγματικό μηχανικό επίτευγμα.
Κατά τη διάρκεια της δουλειάς, οι επιστήμονες αντιμετώπισαν πολλές δυσκολίες, όπως επικάλυψη γονιδίων, όπου η αλλαγή ενός κωδονίου μπορούσε να διαταράξει τη λειτουργία άλλου.
Για να επιλύσουν αυτό το πρόβλημα, χώρισαν αυτά τα γονίδια σε ξεχωριστές περιοχές του DNA
Παρά τις δυσκολίες, οι ερευνητές πέτυχαν να δημιουργήσουν το Syn57.
Ωστόσο, αυτό το βακτήριο ήταν σημαντικά πιο αδύναμο από το κανονικό Escherichia coli: ενώ το τελευταίο χρειάζεται περίπου μία ώρα για να διπλασιάσει τον πληθυσμό του, το Syn57 χρειάζεται τέσσερις ώρες.
Παρόλα αυτά, οι επιστήμονες συνεχίζουν να εργάζονται για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών του, ώστε στο μέλλον να χρησιμοποιήσουν τέτοιους μικροοργανισμούς για να εκτελούν χρήσιμες εργασίες, όπως την παραγωγή νέων φαρμάκων ή υλικών.
Η δημιουργία του Syn57 ανοίγει νέες προοπτικές όχι μόνο για πρακτικές εφαρμογές, αλλά και για τη θεμελιώδη επιστήμη.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τέτοια πειράματα βοηθούν στην κατανόηση της ευχέρειας με την οποία μπορεί να λειτουργεί η ζωή και ποιες είναι οι δυνατότητές της.
Επιπλέον, τέτοιου είδους μικροοργανισμοί μπορεί να χρησιμοποιηθούν για την μελέτη των οικολογικών κινδύνων που σχετίζονται με τα γενετικά τροποποιημένα οργανισμούς.
Για παράδειγμα, εάν τα τροποποιημένα βακτήρια χρησιμοποιούν έναν διαφορετικό γενετικό κώδικα από τον φυσικό, τα γονίδιά τους δεν θα μπορούσαν να διαβαστούν από άλλους μικροοργανισμούς, αποτρέποντας έτσι την ανεπιθύμητη διάδοση γενετικής πληροφορίας στο περιβάλλον.
Τα αποτελέσματα της μελέτης επιβεβαιώνουν επίσης μία από τις υποθέσεις που διατυπώθηκαν τον περασμένο αιώνα, ότι η υπερβολή του γενετικού κώδικα μπορεί να είναι αποτέλεσμα τυχαίων εξελικτικών διαδικασιών και όχι κάτι θεμελιώδες.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η επιτυχία του Syn57 αποδεικνύει ότι η ζωή δεν εξαρτάται απαραίτητα από τον καθολικό σύνολο των 64 κωδικονίων, ανοίγοντας νέους ορίζοντες για τη μελέτη της βιολογίας.
www.bankingnews.gr
Αυτό το βακτήριο, το Syn57, χρησιμοποιεί μόνο 57 κωδικόνια (όταν κανονικά χρησιμοποιούνται 64) και εξακολουθεί να λειτουργεί.
Η μείωση του γενετικού υλικού δείχνει ότι η ζωή μπορεί να υπάρξει ακόμη και με λιγότερες γενετικές πληροφορίες από τις συνήθεις, ανοίγοντας νέες δυνατότητες για τη γενετική μηχανική και τις εφαρμογές της.
Τα δεδομένα
Όλη η ζωή στη Γη – από τον άνθρωπο μέχρι τα φυτά, τα ζώα και τους μύκητες – χρησιμοποιεί τον καθολικό γενετικό κώδικα, ο οποίος, παρά τις μικρές διαφορές, παραμένει σχεδόν αμετάβλητος.
Αυτός ο κώδικας επιτρέπει στα κύτταρα να μετατρέπουν τις πληροφορίες που περιέχονται στο DNA σε πρωτεΐνες, οι οποίες είναι απαραίτητες για τη ζωή.
Ωστόσο, μία από τις ιδιότητές του είναι η υπερβολή: τα ίδια αμινοξέα μπορεί να κωδικοποιούνται με πολλούς διαφορετικούς τρόπους.
Για πολύ καιρό, οι ερευνητές προσπαθούσαν να καταλάβουν γιατί υπάρχει αυτή η υπερβολή και αν αποτελεί απλώς αποτέλεσμα εξελικτικών συμπτώσεων.
Χάρη στις σύγχρονες εξελίξεις στη γενετική μηχανική, οι επιστήμονες πέρασαν από τις θεωρητικές συζητήσεις σε πρακτικά πειράματα. Τα τελευταία χρόνια, κατάφεραν να δημιουργήσουν μικροοργανισμούς με μειωμένο γενετικό υλικό, αφαιρώντας κάποια από τα υπερβολικά στοιχεία.
Στη νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε σε επιστημονικό περιοδικό, περιγράφεται ένα μικρόβιο με βελτιστοποιημένο γενετικό κώδικα, το οποίο αποδεικνύει ότι η ζωή μπορεί να υπάρξει ακόμη και χωρίς τον πλήρη γενετικό κώδικα.
Παρατήρηση των νέων
Οι ερευνητές σημείωσαν ότι τα τροποποιημένα βακτήρια που δημιούργησαν, είναι ικανά να λειτουργούν με τον μειωμένο κώδικα, αποδεικνύοντας τη δυνατότητα ύπαρξης ζωής σε συνθήκες εντελώς διαφορετικές από αυτές που θεωρούνταν παραδοσιακές.
Ο γενετικός κώδικας αποτελείται από τέσσερις μοριακές βάσεις – αδενίνη (A), θυμίνη (T), γουανίνη (G) και κυτοσίνη (C) – οι οποίες σχηματίζουν αλληλουχίες που ονομάζονται κωδικόνια.
Κάθε κωδικόνιο αποτελείται από τρία στοιχεία και αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη ομάδα αμινοξέων.
Υπάρχουν συνολικά 64 κωδικόνια, από τα οποία τα 61 κωδικοποιούν 20 αμινοξέα και τα τρία υποδηλώνουν το τέλος του γονιδίου.
Μάλιστα, πολλά αμινοξέα μπορούν να κωδικοποιηθούν από πολλαπλά κωδικόνια, πράγμα που δημιουργεί την υπερβολή.
Το πείραμα
Για το πείραμα, οι επιστήμονες επέλεξαν το βακτήριο Escherichia coli – που χρησιμοποιείται εδώ και πάνω από εκατό χρόνια ως αντικείμενο έρευνας.
Αποφάσισαν να αφαιρέσουν κάποια υπερβολικά κωδικόνια για να εξετάσουν αν ο μικροοργανισμός θα μπορούσε να επιβιώσει με τον μειωμένο κώδικα.
Για παράδειγμα, το πλήθος των κωδονίων που κωδικοποιούν το αμινοξύ σερίνη μειώθηκε από έξι σε δύο.
Για να το πετύχουν αυτό, έπρεπε να αναδομήσουν πλήρως το γονιδίωμα του βακτηρίου, το οποίο αποτελείται από περίπου τέσσερα εκατομμύρια βάσεις, κάνοντας αλλαγές σε χιλιάδες περιοχές.
Προηγουμένως, οι ερευνητές είχαν ήδη καταφέρει να δημιουργήσουν μια εκδοχή του Escherichia coli με 61 κωδικόνια, την οποία ονόμασαν Syn61, η οποία λειτουργούσε επιτυχώς χωρίς τα τρία κωδικόνια.
Αυτή η επιτυχία τους ενέπνευσε για περαιτέρω πειράματα, με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί μια νέα εκδοχή του βακτηρίου — Syn57, που χρησιμοποιεί μόλις 57 κωδικόνια.
Μηχανικό επίτευγμα
Για την επίτευξη αυτού του στόχου, χρειάστηκε να τροποποιηθούν περισσότερα από 100.000 κωδικόνια, κάτι που αποτέλεσε πραγματικό μηχανικό επίτευγμα.
Κατά τη διάρκεια της δουλειάς, οι επιστήμονες αντιμετώπισαν πολλές δυσκολίες, όπως επικάλυψη γονιδίων, όπου η αλλαγή ενός κωδονίου μπορούσε να διαταράξει τη λειτουργία άλλου.
Για να επιλύσουν αυτό το πρόβλημα, χώρισαν αυτά τα γονίδια σε ξεχωριστές περιοχές του DNA
Παρά τις δυσκολίες, οι ερευνητές πέτυχαν να δημιουργήσουν το Syn57.
Ωστόσο, αυτό το βακτήριο ήταν σημαντικά πιο αδύναμο από το κανονικό Escherichia coli: ενώ το τελευταίο χρειάζεται περίπου μία ώρα για να διπλασιάσει τον πληθυσμό του, το Syn57 χρειάζεται τέσσερις ώρες.
Παρόλα αυτά, οι επιστήμονες συνεχίζουν να εργάζονται για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών του, ώστε στο μέλλον να χρησιμοποιήσουν τέτοιους μικροοργανισμούς για να εκτελούν χρήσιμες εργασίες, όπως την παραγωγή νέων φαρμάκων ή υλικών.
Η δημιουργία του Syn57 ανοίγει νέες προοπτικές όχι μόνο για πρακτικές εφαρμογές, αλλά και για τη θεμελιώδη επιστήμη.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τέτοια πειράματα βοηθούν στην κατανόηση της ευχέρειας με την οποία μπορεί να λειτουργεί η ζωή και ποιες είναι οι δυνατότητές της.
Επιπλέον, τέτοιου είδους μικροοργανισμοί μπορεί να χρησιμοποιηθούν για την μελέτη των οικολογικών κινδύνων που σχετίζονται με τα γενετικά τροποποιημένα οργανισμούς.
Για παράδειγμα, εάν τα τροποποιημένα βακτήρια χρησιμοποιούν έναν διαφορετικό γενετικό κώδικα από τον φυσικό, τα γονίδιά τους δεν θα μπορούσαν να διαβαστούν από άλλους μικροοργανισμούς, αποτρέποντας έτσι την ανεπιθύμητη διάδοση γενετικής πληροφορίας στο περιβάλλον.
Τα αποτελέσματα της μελέτης επιβεβαιώνουν επίσης μία από τις υποθέσεις που διατυπώθηκαν τον περασμένο αιώνα, ότι η υπερβολή του γενετικού κώδικα μπορεί να είναι αποτέλεσμα τυχαίων εξελικτικών διαδικασιών και όχι κάτι θεμελιώδες.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η επιτυχία του Syn57 αποδεικνύει ότι η ζωή δεν εξαρτάται απαραίτητα από τον καθολικό σύνολο των 64 κωδικονίων, ανοίγοντας νέους ορίζοντες για τη μελέτη της βιολογίας.
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών