Вчені створили бактерію з генетичним кодом, більш оптимізованим і зміненим, ніж будь-яка інша відома форма життя на Землі. Цей синтетичний штам Escherichia coli, названий Syn57, був спроектований так, щоб формувати своє тіло, використовуючи лише 57 із 64 кодонів, які протягом мільярдів років забезпечували всі відомі організми.
Життєвий рецепт записаний мовою, що складається з 64 різних кодонів — триплетів нуклеотидів, які формують довгі «речення» ДНК і РНК. Ці кодони надають клітині інструкції для синтезу амінокислот, що, своєю чергою, збираються у білки. Кожна клітина, будуючи білки, «читає» послідовність кодонів, щоб знати, яку амінокислоту додати наступною і коли завершити синтез.
Природна система містить численні дублікати: всі живі організми здатні синтезувати білки з 20 амінокислот, тож багато кодонів є синонімічними. Syn57 усунув частину цих, на перший погляд, зайвих кодонів. Попередні команди вже намагалися досягти подібного, але дослідники з Лабораторії молекулярної біології Медичної ради Великої Британії вперше скоротили геном до 57 кодонів, перевершивши попередній рекорд у 61 кодон.
Для цього вони спроектували весь геном з нуля, усунувши чотири з шести кодонів серину, два з чотирьох кодонів аланіну та один стоп-кодон. Замість них у геном бактерії вставляли синонімічні кодони, що виконують ті самі функції. Ця робота вимагала понад 101 тисячу змін у генетичному коді, спершу запланованих на комп’ютері фрагментами по 100 кілобайт, а потім складних процедур збирання гена.
Щоб уникнути введення фатальних змін у мікроби, команда тестувала невеликі фрагменти синтетичного геному на живих бактеріях, поступово збираючи фінальний повністю синтетичний штам. Це доводить, що життя може існувати з помітно стиснутим генетичним кодом. Вивільнені кодони можна буде використовувати для нових ролей, зокрема для включення неканонічних амінокислот, що відкриває можливості для створення інноваційних синтетичних полімерів та макроциклів.
Крім того, «неканонічний» код Syn57 нечитабельний для природних мікробів і вірусів, що знижує ризик зараження і втрат у промисловому вирощуванні білків. Такий геном також може ефективно стерилізувати бактерії, що допомагає запобігти потраплянню модифікованих генів у природне середовище.
За словами дослідників, ця робота демонструє, як синтез геномів може переносити організми у нові області генетичного простору, недоступні природному життю. Результати дослідження опубліковані у журналі Science.