Добавить новость
Представлен инструмент для масштабного редактирования генома // Сделан первый шаг к переписыванию генетического кода
Шрифт:
admin 18 Июля 2011 в 10:54:39
Исследователи из США и Южной Кореи разработали технологию автоматизированного и при этом широкомасштабного изменения всего наследственного кода живой клетки. Новация должна помочь в конструировании организмов с заданными свойствами.
Придуманная специалистами Массачусетского технологического института, Гарварда, Стэнфорда и ряда других университетов технология позволяет заменять сразу по всему геному заранее выбранный кодон (трёхбуквенное слово кода, то есть триплет нуклеотидных оснований). Подобным образом вы можете при помощи текстового редактора автоматически заменить в большим тексте все встречающиеся слова «да» на «может быть», или всех «лис» на «ежей».
В генетическом словаре живых организмов насчитывается всего 64 кодона, из которых 61 кодируют определённую аминокислоту (в составе какого-нибудь белка), а три являются управляющими, так называемыми стоп-кодонами, дающими команду на прекращение синтеза. Замена кодонов может служить инструментом управления геномом.
Именно такую операцию провернули авторы технологии для проверки её работоспособности. Они взяли бактерии (кишечную палочку) и поменяли в них стоп-кодоны TAG на другой стоп-кодон TAA.
Для выполнения «трюка» учёные совместили две технологии — мультиплексный автоматизированный инжиниринг генома (MAGE) и конъюгативную сборку генома (CAGE).
За мудрёными названиями стоит следущее. Для начала генетики создали 32 штамма кишечной палочки, в каждом из которых с помощью процесса MAGE заменили 10 кодонов TAG на TAA. Далее авторы новации создали среду, в которой бактерии обменивались генетическим материалом, причём из полученных микробов отбирались те, в которых число заменённых кодонов оказывалось удвоенным (технология CAGE).
Так получилось 16 штаммов с 20 новыми кодонами. Следующие уже выполненные шаги — 8 штаммов с 40 и 4 штамма с 80 заменёнными кодонами. (Подробности — в статье в статье в Science.)
Теперь учёным нужно сделать ещё пару шагов, чтобы провести тотальную замену всех кодонов TAG во всём геноме кишечной палочки, а их там 314 штук.
Дальше открывается новое поле для деятельности. Поскольку в проектируемом финальном штамме кодонов TAG не останется вовсе, клеткам больше не потребуется механизм, читающий данный кодон. Потому генетики могут переключить его на что-то другое, скажем, синтез новой аминокислоты для сборки нового белка.
Так можно будет произвольно выводить бактерии с необычными свойствами. Причём все правки генома идут на живых бактериях, и в ходе всех циклов замены учёные проверяют, что бактерии остаются в порядке и даже сохраняют способность к размножению.
Кроме того, техника полной замены одного из кодонов позволит биологам создать штаммы бактерий, устойчивые к тому или иному вирусу. В некоторых отраслях, где выращивают бактерии (с целью синтеза лекарств или биотоплива), вирусы губят до 20% культур. Между тем вирус не сможет заразить бактерию, если у неё генетический код окажется написанным на «другом диалекте».
Аналогичные правки генома могли бы предотвратить распространение генетически изменённых бактерий в естественной среде и передачу перепроектированного наследственного кода бактериям вне стен лабораторий, полагают исследователи.
http://www.membrana.ru/particle/16434
Сделан первый шаг к переписыванию генетического кода
Ученые разработали технологию, которая позволяет "потоковым методом" редактировать ДНК. Используя новый метод, специалисты смогли заменить в геноме кишечной палочки все последовательности определенного типа на альтернативный вариант и присвоить новое значение "выброшенной" последовательности. Работа исследователей опубликована в журнале Science, а коротко о работе пишет портал Nature News.
Генетическая информация об организме записана в его ДНК - линейной полимерной молекуле, состоящей из четырех типов "букв" (биологи называют их нуклеотидами) - их обозначают как А, Т, Г и Ц. Определенные сочетания троек этих "букв" (кодоны) кодируют те или иные аминокислоты - элементарные "кирпичики", из которых состоят белки. Соответствие между тройками нуклеотидов и аминокислотами задается генетическим кодом. Одна из его характеристик - это избыточность: сочетаний троек нуклеотидов больше, чем соответствующих им аминокислот.
Авторы новой работы опирались именно на свойство избыточности генетического кода. В своей работе они решили заменить все так называемые стоп-кодоны одного типа на стоп-кодоны, состоящие из другого сочетания нуклеотидов. Стоп-кодоны кодируют не аминокислоту, а один из "знаков препинания", которые необходимы ферментам для правильного считывания генетического кода. В данном случае этот знак препинания был точкой.
Большинство организмов задействуют три типа стоп-кодонов - ТАГ, ТАА и ТГА. Ученые заменяли все последовательности ТАГ (всего в геноме кишечной палочки Escherichia coli их 314) на ТАА. На первой стадии работы исследователи искусственно синтезировали 314 коротких фрагментов ДНК E. coli, в норме содержащие последовательность ТАГ - однако в новосинтезированных фрагментах ТАГ были заменены на ТАА. Чтобы вставить искусственные последовательности в геном бактерий, специалисты загоняли их внутрь клеток при помощи разрядов тока (это стандартная молекулярно-биологическая техника). В итоге ученые получили 31 линию E. coli, каждая из которых несла 10 модифицированных последовательностей, и одну линию с четырьмя измененными стоп-кодонами.
На следующей стадии эксперимента ученые добивались, чтобы все измененные стоп-кодоны оказались в геноме одной клетки. Исследователи последовательно "скрещивали" между собой бактерий из полученных на первой стадии линий - при этом бактерии обменивались генетическим материалом, и в некоторых случаях в этом обмене участвовали регионы ДНК, содержащие измененные стоп-кодоны.В итоге авторам удалось получить линию E. coli, у которой все стоп-кодоны ТАГ были заменены на ТАА.
Далее ученые вырезали из ДНК этих бактерий ген, кодирующий фермент, который распознает последовательность ТАГ как стоп-кодон. Таким образом исследователи получили организм, пригодный для того, чтобы последовательность ТАГ в его генетическом коде соответствовала некой новой аминокислоте - в предыдущих работах другие коллективы авторов уже создавали такие аминокислоты и необходимые для их считывания ферменты.
Технология, созданная авторами новой работы, в перспективе поможет ученым создавать организмы с несколько иным, чем у других живых существ, генетическим кодом. Теоретически, такие организмы будут устойчивы к вирусам, так как последние эксплуатируют белоксинтезирующий аппарат клетки-хозяина, "заточенный" под "правильный" генетический код. Использовать белоксинтезирующий аппарат клеток с измененным кодом вирусы не смогут.
http://lenta.ru/news/2011/07/15/codons/
Придуманная специалистами Массачусетского технологического института, Гарварда, Стэнфорда и ряда других университетов технология позволяет заменять сразу по всему геному заранее выбранный кодон (трёхбуквенное слово кода, то есть триплет нуклеотидных оснований). Подобным образом вы можете при помощи текстового редактора автоматически заменить в большим тексте все встречающиеся слова «да» на «может быть», или всех «лис» на «ежей».
В генетическом словаре живых организмов насчитывается всего 64 кодона, из которых 61 кодируют определённую аминокислоту (в составе какого-нибудь белка), а три являются управляющими, так называемыми стоп-кодонами, дающими команду на прекращение синтеза. Замена кодонов может служить инструментом управления геномом.
Именно такую операцию провернули авторы технологии для проверки её работоспособности. Они взяли бактерии (кишечную палочку) и поменяли в них стоп-кодоны TAG на другой стоп-кодон TAA.
Для выполнения «трюка» учёные совместили две технологии — мультиплексный автоматизированный инжиниринг генома (MAGE) и конъюгативную сборку генома (CAGE).
За мудрёными названиями стоит следущее. Для начала генетики создали 32 штамма кишечной палочки, в каждом из которых с помощью процесса MAGE заменили 10 кодонов TAG на TAA. Далее авторы новации создали среду, в которой бактерии обменивались генетическим материалом, причём из полученных микробов отбирались те, в которых число заменённых кодонов оказывалось удвоенным (технология CAGE).
Так получилось 16 штаммов с 20 новыми кодонами. Следующие уже выполненные шаги — 8 штаммов с 40 и 4 штамма с 80 заменёнными кодонами. (Подробности — в статье в статье в Science.)
Теперь учёным нужно сделать ещё пару шагов, чтобы провести тотальную замену всех кодонов TAG во всём геноме кишечной палочки, а их там 314 штук.
Дальше открывается новое поле для деятельности. Поскольку в проектируемом финальном штамме кодонов TAG не останется вовсе, клеткам больше не потребуется механизм, читающий данный кодон. Потому генетики могут переключить его на что-то другое, скажем, синтез новой аминокислоты для сборки нового белка.
Так можно будет произвольно выводить бактерии с необычными свойствами. Причём все правки генома идут на живых бактериях, и в ходе всех циклов замены учёные проверяют, что бактерии остаются в порядке и даже сохраняют способность к размножению.
Кроме того, техника полной замены одного из кодонов позволит биологам создать штаммы бактерий, устойчивые к тому или иному вирусу. В некоторых отраслях, где выращивают бактерии (с целью синтеза лекарств или биотоплива), вирусы губят до 20% культур. Между тем вирус не сможет заразить бактерию, если у неё генетический код окажется написанным на «другом диалекте».
Аналогичные правки генома могли бы предотвратить распространение генетически изменённых бактерий в естественной среде и передачу перепроектированного наследственного кода бактериям вне стен лабораторий, полагают исследователи.
http://www.membrana.ru/particle/16434
Сделан первый шаг к переписыванию генетического кода
Ученые разработали технологию, которая позволяет "потоковым методом" редактировать ДНК. Используя новый метод, специалисты смогли заменить в геноме кишечной палочки все последовательности определенного типа на альтернативный вариант и присвоить новое значение "выброшенной" последовательности. Работа исследователей опубликована в журнале Science, а коротко о работе пишет портал Nature News.
Генетическая информация об организме записана в его ДНК - линейной полимерной молекуле, состоящей из четырех типов "букв" (биологи называют их нуклеотидами) - их обозначают как А, Т, Г и Ц. Определенные сочетания троек этих "букв" (кодоны) кодируют те или иные аминокислоты - элементарные "кирпичики", из которых состоят белки. Соответствие между тройками нуклеотидов и аминокислотами задается генетическим кодом. Одна из его характеристик - это избыточность: сочетаний троек нуклеотидов больше, чем соответствующих им аминокислот.
Авторы новой работы опирались именно на свойство избыточности генетического кода. В своей работе они решили заменить все так называемые стоп-кодоны одного типа на стоп-кодоны, состоящие из другого сочетания нуклеотидов. Стоп-кодоны кодируют не аминокислоту, а один из "знаков препинания", которые необходимы ферментам для правильного считывания генетического кода. В данном случае этот знак препинания был точкой.
Большинство организмов задействуют три типа стоп-кодонов - ТАГ, ТАА и ТГА. Ученые заменяли все последовательности ТАГ (всего в геноме кишечной палочки Escherichia coli их 314) на ТАА. На первой стадии работы исследователи искусственно синтезировали 314 коротких фрагментов ДНК E. coli, в норме содержащие последовательность ТАГ - однако в новосинтезированных фрагментах ТАГ были заменены на ТАА. Чтобы вставить искусственные последовательности в геном бактерий, специалисты загоняли их внутрь клеток при помощи разрядов тока (это стандартная молекулярно-биологическая техника). В итоге ученые получили 31 линию E. coli, каждая из которых несла 10 модифицированных последовательностей, и одну линию с четырьмя измененными стоп-кодонами.
На следующей стадии эксперимента ученые добивались, чтобы все измененные стоп-кодоны оказались в геноме одной клетки. Исследователи последовательно "скрещивали" между собой бактерий из полученных на первой стадии линий - при этом бактерии обменивались генетическим материалом, и в некоторых случаях в этом обмене участвовали регионы ДНК, содержащие измененные стоп-кодоны.В итоге авторам удалось получить линию E. coli, у которой все стоп-кодоны ТАГ были заменены на ТАА.
Далее ученые вырезали из ДНК этих бактерий ген, кодирующий фермент, который распознает последовательность ТАГ как стоп-кодон. Таким образом исследователи получили организм, пригодный для того, чтобы последовательность ТАГ в его генетическом коде соответствовала некой новой аминокислоте - в предыдущих работах другие коллективы авторов уже создавали такие аминокислоты и необходимые для их считывания ферменты.
Технология, созданная авторами новой работы, в перспективе поможет ученым создавать организмы с несколько иным, чем у других живых существ, генетическим кодом. Теоретически, такие организмы будут устойчивы к вирусам, так как последние эксплуатируют белоксинтезирующий аппарат клетки-хозяина, "заточенный" под "правильный" генетический код. Использовать белоксинтезирующий аппарат клеток с измененным кодом вирусы не смогут.
http://lenta.ru/news/2011/07/15/codons/
 |
 |
|
