Alexander Vitkovski (alev_biz) wrote,
Alexander Vitkovski
alev_biz

Category:

Замена нескольких кодонов на синонимичные защитила бактерии от вирусов

Биологи создали штамм кишечной палочки, в котором сразу несколько кодонов заменили на синонимичные, а соответствующие транспортные РНК вовсе удалили из клеток.

Замена нескольких кодонов на синонимичные защитила бактерии от вирусов

Измененные бактерии стали устойчивы к действию бактериальных вирусов. Затем ученые внесли в геном кишечной палочки гены, кодирующие новые транспортные РНК, и бактерии стали встраивать в полипептидные последовательности неканоничные аминокислоты. В результате биологи создали новый штамм, потенциально применимый в производстве: такие бактерии не смогут пострадать от заражения вирусами, и при этом способны производить больший спектр химических соединений. Работа опубликована в Science.



В генетическом коде единица измерения – кодон, последовательность из трех нуклеотидных остатков, которые обозначают начало синтеза полипептида, включение определенной аминокислоты в последовательность или сигнализируют об остановке синтеза. В природе используется 64 кодона (триплета), и большинство аминокислот кодируются сразу несколькими из них. В процессе трансляции (синтеза полипептидной цепи) транспортные РНК, несущие на себе ту или иную аминокислоту, распознают соответствующий ей кодон в матричной РНК. Если убрать некоторые транспортные РНК из клетки, то соответствующие кодоны в ее геноме станут нечитаемыми. Ученые ранее предполагали, что таким образом можно будет создать клетку с новыми свойствами, например, с устойчивостью к вирусам (фагам). Это свойство очень понадобилось бы в биотехнологическом производстве: бактерии в биореакторах оказались бы защищены от поражения фагами. Кроме того, лишив некоторые кодоны смысла, можно придать им новый – и заставить клетки производить гетерополимеры с неканоническими аминокислотами. Однако эти гипотезы еще не тестировали экспериментально.

До этого ученые показывали на клетках кишечной палочки E. coli, что удаление из генома последовательности, кодирующей один из трех белков-факторов терминации (RF1), увеличивает устойчивость бактерий к некоторым фагам: в результате такой модификации триплет TAG просто перестает быть стоп-кодоном (сигналом об окончании синтеза полипептидной цепи). Однако TAG редко используется фагами для остановки трансляции, и даже в отсутствие RF1 бактериальные вирусы продолжают производить свои копии, тем более что нечитаемость стоп-кодона не мешает синтезу вирусных белков полной длины. В то же время триплеты, кодирующие аминокислоты, как минимум в десять раз более распространены в вирусных геномах. Ученые предположили, что в неспособных прочитать какой-либо из таких кодонов клетках вирусы будут намного менее активно реплицироваться. Кроме того, используя освободившиеся кодоны, можно зашифровать в генетическом коде непривычные для клетки мономеры, а не аминокислоты. В теории, так можно закодировать и полимеры, полностью состоящие из неканонических мономеров.

Ранее в одной из работ ученые из Кембриджского университета под руководством Джейсона Чина (Jason Chin) устранили избыточность генетического кода в бактерии E. coli, заменив несколько кодирующих аминокислоту серин кодонов на синонимичные. Полученный штамм исследователи назвали Syn61.

В новой работе исследователи использовали этот «синтетический» штамм кишечной палочки. Ученые предположили, что если заменить кодоны TCA, TCG и TAG на синонимичные, можно одновременно в одной клетке удалить гены, которые кодируют подходящие к ним транспортные РНК. Исследователи удалили из клеток сразу несколько транспортных РНК и фактор терминации, который завершает трансляцию. Полученный таким образом штамм кишечной палочки оказался жизнеспособен, но рос в 1,7 раза медленнее. Скорость роста удалось нормализовать при помощи случайного мутагенеза, который, впрочем, не обратил вспять внесенные учеными изменения в генетическом коде. Новый штамм биологи назвали Syn61∆3.

Авторы работы выяснили, что изменения действительно защищают бактерии от вирусов: в измененных клетках не формировались новые вирусные частицы, и вирусная инфекция не влияла скорость роста бактерий. Этот эффект сохранялся даже при добавлении в культуру бактерий целого «коктейля» из нескольких видов фагов.

Замена нескольких кодонов на синонимичные защитила бактерии от вирусов
Бактерии, у которых заменены некоторые кодоны и удалены соответствующие транспортные РНК, устойчивы к действию вирусов: фагам необходимы эти тРНК для синтеза вирусных белков.

Далее ученые попробовали зашифровать в геноме бактерий полипептидные последовательности с неканоничными аминокислотами. Для этого исследователи экспрессировали ген убиквитина, содержащий кодоны TCG, TCA или TAG в самом начале последовательности (11 позиция). Одновременно ученые снабдили бактерии генами транспортных РНК, которые распознают эти кодоны и доставляют к месту трансляции неканоничные аминокислоты. В отсутствие этих аминокислот в питательной среде, в клетках не синтезировался убиквитин. Когда же в среду добавляли необходимые мономеры, убиквитин производился клетками на уровне, сопоставимом с таковым у не измененных клеток. Масс-спектрометрия полученного белка также показала, что на одиннадцатой позиции действительно присутствует та самая неканононичная аминокислота. В дополнительных экспериментах ученые показали, что можно вставлять неканоничные аминокислоту и сразу в нескольких позициях в белке. Также ученые успешно встроили в пептид три разные неканоничные аминокислоты в разных позициях в белке.

Наконец, исследователи попробовали зашифровать в геноме бактерий полимерные последовательности, полностью состоящие из трех пар различных неканоничных аминокислот. По-разному комбинируя мономеры, ученые синтезировали 22 варианта гексамеров и октамеров в составе полипептидов. Авторы работы затем смогли отдельно очистить синтетические последовательности. И напоследок, ученые смогли подобным образом заставить клетки производить неприродные макроциклы, которые напоминают нерибосомные пептиды бактерий.

Автор: Вера Сысоева





Ссылка на источник

Tags: РНК, бактерии, биология, вирусы, генная инженерия, мутагенез
Subscribe

Posts from This Journal “генная инженерия” Tag

Buy for 10 tokens
Аня Бусева из Минска 25 июня встретит свой 17-й День рождения. У девочки есть одно большое желание, даже скорее мечта. Это не новомодный гаджет, не трендовые одежки из бутика и даже не путешествие к морю. Ане нужна специализированная инвалидная коляска. С рождения девочка получила диагноз…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments