Halvsyntetisk livsform nu fuldt bevæbnet og operationel

William B. Kiosses, PhD, Scripps Research Institute

Hvert levende væsen på Jorden gemmer instruktionerne for liv som DNA ved hjælp af de fire genetiske baser A, G, C og T.

Alle undtagen én, altså.

I San Diego-laboratoriet i Floyd Romesberg - og ved en start, han grundlagde - vokser bakterier med en udvidet genetisk kode. De har to bogstaver mere, et unaturligt par, han kalder X og Y.

Romesberg, leder af et laboratorium ved Scripps Research Institute, ændrede først bakteriens gener E coli til at rumme de nye DNA-komponenter i 2014. Nu bruger bakterierne for første gang deres udvidede kode til at fremstille proteiner med lige så usædvanlige komponenter.

Vi ønskede at bevise konceptet om, at hvert trin i informationslagring og -hentning kunne medieres af et unaturligt basepar, siger han. Det er ikke en kuriosum længere.

Bakterien kaldes en semisyntetisk organisme, da mens den rummer et udvidet alfabet, er resten af ​​cellen ikke blevet ændret. Alligevel siger Peter Carr, en biologisk ingeniør ved MITs Lincoln Laboratory, at det tyder på, at videnskabsmænd kun er begyndt at lære, hvor langt liv kan omdesignes, et koncept kendt som syntetisk biologi.

Vi ved ikke, hvad de ultimative grænser er for vores evne til at konstruere levende systemer, og dette papir hjælper med at vise, at vi ikke er begrænset til fire baser, siger han. Jeg synes, det er ret imponerende.

Menneskeheden er blevet skuffet i søgen efter at finde liv på Mars eller Jupiter. Alligevel antyder de fremmede bakterier, der vokser i San Diego, allerede, at vores jordbiologi ikke er den eneste mulige. Det tyder på, at hvis livet udviklede sig andre steder, kunne det have gjort det ved hjælp af meget forskellige molekyler eller forskellige kræfter, siger Romesberg. Livet, som vi kender det, er måske ikke den eneste løsning, og det er måske ikke den bedste.

Romesbergs bestræbelser på at lægge et genetisk gøgeæg inde i bakterier startede for 15 år siden. Efter at have oprettet et kandidatpar af nye genetiske bogstaver, var det første skridt at tilføje dem til en bakteries genom og vise, at den kunne bruge dem til at lagre information. Det vil sige, kunne organismen overholde det unaturlige DNA og også kopiere det trofast efterhånden som det delte sig?

Svaret, viste hans laboratorium i 2014, var ja. Men tidlige versioner af bakterierne var ikke for sunde. De døde eller slap af med de ekstra bogstaver i deres DNA, som er lagret i et minikromosom kaldet et plasmid. Med Romesbergs ord manglede hans kreationer det virkelige livs styrke.

På dette år havde holdet udtænkt en mere stabil bakterie. Men det var ikke nok at forsyne kimen med en delvis fremmed kode - den var nødt til at bruge den kode til at lave et delvist fremmed protein. Det er, hvad Romesbergs hold rapporterer i dag i journalen Natur , siger det har gjort.

Ved hjælp af de ekstra bogstaver instruerede de bakterier til at fremstille et glødende grønt protein, der indeholder en enkelt unaturlig aminosyre. Vi har gemt oplysninger, og nu har vi hentet dem. Det næste er at bruge det. Vi kommer til at gøre ting, ingen andre kan, siger Romesberg.

Den praktiske gevinst for en organisme med et større genetisk alfabet er, at den har et større ordforråd - den kan samle proteiner med komponenter, der normalt ikke findes i naturen. Det kunne løse nogle vanskelige problemer inden for medicinsk kemi, som er kunsten at forme molekyler, så de gør præcis, hvad der ønskes i kroppen, og intet, der ikke er.

Forfølger sådanne mål er en startup Romesberg grundlagt, ved navn Synthorx. Det har rejst 16 millioner dollars indtil videre og håber at omdanne videnskaben til nye lægemidler. Et projekt har til formål at lave en ny version af interleukin-2, et lægemiddel mod kræft med nogle grimme bivirkninger. Måske kunne de semisyntetiske bakterier ordne det ved at bytte nogle usædvanlige komponenter ind på vigtige punkter. Denne virksomhed skal ud af laboratoriet og ind i klinikken, siger dets nyinstallerede administrerende direktør, Laura Shawver.

Carr siger, at en udvidet genetisk kode kan have konsekvenser ud over at give en genvej til programmering af nye egenskaber til proteiner. Han mener også, at de nye bogstaver kan blive brugt til at skjule information på måder, som andre biologer ikke let kunne se. Det kunne være nyttigt til at skjule intellektuel ejendom eller måske til at skjule et biovåben.

skjule