Naukowcy skrócili kod genetyczny E. coli, aby zawierał tylko 57 z jego zwykłych 64 kodonów.

1 sierpnia 2025 raport

przez Krystal Kasal, Phys.org

autor współpracujący

redagowane przez Gaby Clark, sprawdzone przez Robert Egan

redaktor naukowy

redaktor współpracujący

Ten artykuł został przeanalizowany według procesu redakcyjnego i zasad wydawnictwa Science X. Redaktorzy zwrócili uwagę na następujące atrybuty, dbając jednocześnie o wiarygodność treści:

zweryfikowane faktami

publikacja z recenzją naukową

zaufane źródło

skorygowane

DNA prawie wszystkich form życia na Ziemi zawiera wiele nadmiarów, co zastanawiało naukowców, czy te nadmiary spełniają jakieś określone zadanie, czy są tylko resztkami procesów ewolucyjnych. Zarówno DNA, jak i RNA zawierają kodony, które są sekwencjami trzech nukleotydów, które albo zawierają informacje na temat sposobu tworzenia białka z danym aminokwasem, albo mówią komórce, żeby zatrzymała się (sygnał stopu) podczas syntezy białka.

Łącznie istnieje 64 możliwych kombinacji kodonów, a te kombinacje są praktycznie uniwersalne dla wszystkich form życia na Ziemi. Ale niektóre kodony są nadmiarowe. Jest tylko 20 aminokwasów dostępnych dla komórki do pracy, a 61 z 64 kodonów jest dostępnych do syntezy białka, podczas gdy 3 są używane jako sygnały stop. Powoduje to dużą redundancję w kodonach.

Niektóre badania sugerują, że te nadmiary pomagają zapobiegać mutacjom w DNA, ale także redukcja kodu genetycznego pewnych organizmów poprzez usunięcie zbędnych części może być korzystna. W 2019 roku grupa naukowców zmniejszyła genom E. coli do 61 kodonów z 64, dokonując 18 214 zmian. Nazwali wynikającą wersję Syn61, a ta wersja odporna na wirusy jest używana do tworzenia bardziej niezawodnych leków i produkcji nowych materiałów.

Teraz, inna grupa naukowców, niektórzy z nich pracowali nad Syn61, zdołali dalej zredukować kod genetyczny E. coli do 57 kodonów, tworząc Syn57. Ostatnio opublikowali swoje prace w czasopiśmie Science.

Ta kolejna redukcja była ogromnym wysiłkiem. Zespół dokonał ponad 101 000 zmian kodonów, dzieląc genom na 38 sekcji i starannie zamieniając nadmiarowe kodony na synonimiczne kodony - te, które pełnią tę samą funkcję. Za każdym razem, gdy dokonywano wymiany, badacze musieli ustalić, czy wymiana ta mogłaby być szkodliwa dla żywotności bakterii przed przejściem dalej.

Wyjaśniają, że „Mapowanie i naprawa na każdym etapie syntezy było często kluczowe dla umożliwienia kolejnego kroku syntezy. Te eksperymenty stanowią wzorzec integracji mapowania defektów 'just in time' i naprawy początkowych projektów w syntetyczne schematy, dzięki czemu lokalne defekty są rozpoznawane i naprawiane we wczesnym etapie syntezy, a dłuższe defekty potencjalnie epistatyczne lub syntetycznie zabójcze są rozpoznawane i naprawiane w miarę pojawiania się w procesie montażu”.

W końcu zespół skutecznie skrócił kod genetyczny do 57 kodonów, wymieniając sześć kodonów znaczeniowych i kodon stop na synonimiczne kodony. Wynikające bakterie stworzone z nowym kodem były w rzeczywistości żywym organizmem, ale badacze odkryli, że rosną one około czterokrotnie wolniej niż szczep macierzysty - problem, który mają nadzieję w końcu rozwiązać. Jednak nowy szczep wykazuje odmienny profil ekspresji genów, co wskazuje na szeroką adaptację fizjologiczną.

Niektóre możliwe zastosowania tego nowego szczepu obejmują organizmy odporne na wirusy w biotechnologii i przemyśle oraz syntezy białek i polimerów o nowych właściwościach. Ogólnie badacze są optymistyczni co do potencjału tego nowego szczepu. Ich praca także stawia pytania, czy istnieją ograniczenia w redukcji liczby kodonów czy w tworzeniu organizmów z zupełnie nowymi biochemiami.

Autorzy studium mówią: „Ta praca stanowi przykład tego, jak syntetyka genomu może przenieść sekwencje genomu organizmów w nowe obszary przestrzeni sekwencji, które niekoniecznie zostałyby dostępne dla naturalnego życia”.

Napisane dla Ciebie przez naszą autorkę Krystal Kasal, redagowane przez Gaby Clark i zweryfikowane przez Roberta Egana - ten artykuł jest wynikiem starannej pracy ludzkiej. Polegamy na czytelnikach takich jak Ty, aby utrzymać niezależną publicystykę naukową przy życiu. Jeżeli ta raportyka ma dla Ciebie znaczenie, prosimy rozważ wsparcie finansowe (szczególnie miesięczne). Dostaniesz konto bez reklam jako podziękowanie.

Więcej informacji: Wesley E. Robertson et al, Escherichia coli z 57-kodonowym kodem genetycznym, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ady4368

Informacje o czasopiśmie: Science

© 2025 Science X Network