Preţ de miliarde de ani, codurile ADN ale vieţii de pe Terra au fost scrise cu doar patru „litere” genetice -- A, T, G şi C. Acum, cercetătorii americani au anunţat că au reuşit să adauge alte două litere.
Într-o lucrare publicată în jurnalul Nature, bio-inginerii de la Scripps Research Institute au anunţat că au introdus cu succes două molecule sintetice în genomul unei bacterii Escherichia coli, care a supravieţuit şi a reprodus noul material genetic.
Pe lângă nucleotidele naturale adenină, timină, guanină şi citozină, ce formează structura de tip elice-dublă a ADN-ului, bateria conţinea alţi doi parteneri ce formau o bază azotată, ce au fost denumiţi de către cercetători d5SICS şi dNaM.
De mai bine de un deceniu, oamenii de ştiinţă experimentează cu aceste baze azotate ne-naturale, afirmând că acestea ar putea fi cheia pentru descoperirea unor noi antibiotice, a unor viitoare medicamente împotriva cancerului, a unor vaccinuri îmbunătăţite, a unor nanomateriale şi a altor inovaţii.
Până acum, însă, aceste experimente aveau loc doar în eprubete.
„Aceste baze azotate ne-naturale funcţionau de minune in vitro, dar marea provocare a fost să le facem să funcţioneze în mediul mult mai complex al unei celule vii”, a explicat Denis Malyshev, coordonatorul acestui studiu.
Noul material genetic nu pare să fie toxic pentru bacterie, iar acesta rămâne în genomul organismului exclusiv în condiţii de laborator. Într-un mediu natural, moleculele se degradează şi dispar într-o zi sau două. Odată dispărute, bacteria revine la bazele azotate naturale.
Experţii afirmă că introducerea acestor materiale sintetice în genomul E. coli este o piatră de hotar.
„Cu siguranţă, este o reuşită semnificativă”, a comentat Ross Thyer, un specialist în biologie sintetică de la Universitatea Texas, ce nu a luat parte în această cercetare. „Ce mă entuziasmează cel mai tare este modul în care această reuşită ne va ajuta să găsim răspunsuri la câteva întrebări evoluţionare importante, cum ar fi: de ce a ales viaţa acest set de baze azotate?”, a mai spus Thyer.
Reuşita ar putea duce la crearea unor organisme care pot produce medicamente sau produse industriale ce nu pot fi create de celule ce conţin doar ADN natural. Cercetătorii din spatele acestei reuşite au format deja o companie prin care doresc să folosească acestă tehnică pentru a crea noi antibiotice, vaccinuri şi alte produse.
Cercetarea oferă totodată dovezi în favoarea idei că viaţa poate exista altundeva în univers într-o formă genetică diferită de cea de pe Terra.
„Această reuşită reprezintă prima dată când o celulă vie gestionează un alfabet genetic «extraterestru»”, a comentat Steven A. Benner, un cercetător de la Foundation for Applied Molecular Evolution.
Studiul va duce, cu siguranţă, la întrebări referitoare la siguranţa acestor cercetări şi la acuzaţii că oamenii de ştiinţă se joacă de-a Dumnezeu. „Această formă de viaţă «extraterestră», fără precedent, ar putea avea în timp consecinţe foarte mari din punct de vedere etic şi legal”, a comentat Jim Thomas, reprezentantul organizaţiei non-profit ETC Group. „În timp ce specialiştii în domeniul biologiei sintetice inventează noi metode de a se juca cu elementele fundamentale ale vieţii, guvernele nu au putut să încropească nici cele mai elementare detalii pentru supravegherea şi reglementarea acestui domeniu”, spune Thomas.
Malyshev şi colegii săi au creat bacteria semi-sintetică prin inginerie genetică, realizând o bucată de ADN cunoscută sub numele de plasmidă.
Plasmida artificială conţinea nucleotidele normale, A, T, G şi C, şi două molecule concepute de om, ce formau o nouă „treaptă” pe „scara” ADN.
Mult mai dificil a fost „convingerea” bacteriei să menţină aceste molecule în ADN-ul său. La fel ca orice alt material genetic, noile molecule se degradează cu timpul. Deşi celulele repară în mod regulat nucleotidele naturale cu materialele avute la dispoziţie, E. coli nu dispunea de mijloace care să-i permită să producă materialele sintetice străine.
Pentru a permite acestui material să supravieţuiască în bacterie şi să fie transmis mai departe în timpul reproducerii, cercetătorii s-au gândit să înconjoare celulele cu o soluţie ce conţinea noul material. De asemenea, oamenii de ştiinţă s-au gândit că va fi nevoie să creeze o „poartă” care să permită moleculelor sintetice să intre în celulă.
Pentru a crea acest portal, cercetătorii au conceput o tulpină de E. coli care exprima o proteină NTT, care ar fi recunoscut moleculele necesare în mediul înconjurător şi care le-ar fi escortat în celulă.
„Aceasta a fost reuşita cea mare pentru noi”, a comentat Malyshev.
Odată ce aceste condiţii au fost îndeplinite, bacteria semi-sintetică a supravieţuit şi a părut să se reproducă „fără vreo dificultate”, au notat autorii. De asemenea, celula nu a atacat şi nici nu a eliminat materialul străin.
„Astfel, bacteria rezultată este primul organism care propagă în mod stabil un alfabet genetic extins”, scriu autorii.
Următorul pas pentru specialiştii în biologie sintetică va fi să ofere celulelor experimentale un motiv pentru care să menţină codul genetic sintetic.
„În acest moment, dacă pierd în mod treptat acest cod, celulelor nu le pasă”, spune Thyer. „Aşadar, una din marile provocări este de a concepe aceste celule astfel încât să fie dependente de aceste baze azotate nenaturale. Trebuie să le dăm o funcţie care să confere un beneficiu semnificativ celulelor”, concluzionează specialistul.
Surse: LA Times, NY Times, Nature, Scripps Research Institute
