Вчені зробили те, що ще недавно здавалося майже неможливим: вони змінили одну з базових «інструкцій» життя і довели, що живий організм може вижити навіть після такого радикального втручання. Дослідники з Columbia University показали, що бактерія Escherichia coli здатна існувати без однієї з 20 стандартних амінокислот, які вважаються основою всіх живих організмів.
Амінокислоти — це своєрідні «цеглинки», з яких будуються білки. Саме білки формують клітини, тканини та виконують практично всі важливі функції в організмі. У шкільних підручниках зазвичай говорять, що для життя необхідні 20 канонічних амінокислот. Проте нове дослідження ставить це правило під сумнів.
Науковців давно цікавило, чи могли перші форми життя на молодій Землі обходитися меншою кількістю таких молекул. Комп’ютерні моделі раніше показували, що для створення більшості білкових структур теоретично достатньо лише 9–12 амінокислот. Але досі ніхто не демонстрував це на практиці.
Для експерименту дослідники обрали амінокислоту ізолейцин. Вона бере участь у багатьох життєво важливих процесах, але її синтез потребує значних енергетичних затрат. Крім того, в еволюції ізолейцин інколи замінювався схожими речовинами — валіном або лейцином.
Вчені вирішили перевірити, чи можна змусити бактерію жити без ізолейцину. Спочатку план був надзвичайно амбітним: внести понад 81 тисячу змін у геном E. coli. Однак замість цього команда зосередилася на рибосомах — клітинних структурах, які синтезують білки.
Рибосоми самі складаються з десятків білків, і дослідники почали поступово замінювати ізолейцин у цих білках на інші амінокислоти. Більшість таких змін виявилася згубною: бактерії росли дуже повільно або гинули.
Тоді на допомогу прийшов штучний інтелект. Спеціальні алгоритми аналізували структури білків і пропонували нестандартні варіанти амінокислотних послідовностей, які могли б компенсувати відсутність ізолейцину.
Після численних спроб вченим вдалося створити модифікований штам бактерії, у якому 21 рибосомний білок повністю обходився без цієї амінокислоти. Незважаючи на те, що бактерія росла трохи повільніше за звичайну E. coli, вона залишалася життєздатною та успішно розмножувалася протягом понад 450 поколінь.
Хоча новий організм поки що не можна назвати повністю «19-амінокислотним» — в інших частинах геному ізолейцин все ще використовується — це величезний крок до створення принципово нової форми життя.
Відкриття має не лише фундаментальне значення. Воно може допомогти у розвитку синтетичної біології, створенні нових ліків, біоматеріалів та промислових мікроорганізмів із заданими властивостями.
Крім того, дослідження дає підказки про те, яким могло бути життя на ранній Землі. Якщо організми здатні існувати з меншим набором амінокислот, це означає, що перші живі системи могли бути значно простішими, ніж вважалося раніше.
Науковці також припускають, що подібні біохімічні системи можуть існувати на інших планетах і супутниках. Отже, це відкриття не лише змінює наше розуміння життя на Землі, а й розширює уявлення про те, яким може бути життя у Всесвіті.
Результати дослідження опубліковані в журналі Science.