211service.com
Redigera den genetiska koden för levnadsbakterier
Forskare vid Harvard Medical School har kommit med ett hitta-och-ersätt-verktyg för att redigera den genetiska koden för levande bakterier. Tekniken erbjuder ett kraftfullare sätt att manipulera levande organismer och kan så småningom användas för att tillverka industriella mikrober som är säkrare, mer robusta och producerar nya typer av läkemedel och kemikalier.
Omkodningsring: De färgade spikarna runt denna ring representerar antalet kodoner som har ersatts i E.coli.
De flesta av generna som utgör en organisms genetiska kod är i huvudsak designplaner för att tillverka proteiner. Varje gen består av en lång sträng av molekyler som kallas nukleotider. Tre sådana nukleotider – en grupp som kallas ett kodon – talar om för en cell vilka aminosyror den ska använda när den bygger ett protein.
Celler kan använda 22 naturligt förekommande aminosyror som byggstenar för att göra proteiner, men kemister har syntetiserat över hundra så kallade onaturliga aminosyror i labbet med hjälp av kemins verktyg, inte biologin. Naturligt förekommande organismer kan inte tillverka eller bygga med dessa kemikalier. Organismer som skulle kunna bygga proteiner med hjälp av dessa aminosyror skulle öppna nya möjligheter, särskilt inom läkemedelsutveckling. Men normala celler saknar den nödvändiga genetiska koden för att arbeta med dessa onaturliga aminosyror.
Ett team på Harvard, ledd av George kyrka , har utvecklat ett verktyg för att redigera gener som kan ändra detta. För att göra mikrober kapabla att bygga proteiner som innehåller onaturliga aminosyror måste forskare både kunna redigera alla vissa kodon i genomet och manipulera cellmaskineriet som läser dessa kodoner. Det nya verktyget låter dem göra den första delen.
Church säger att han hoppas kunna uppnå tre mål med tillvägagångssättet. Först vill han bygga bakterier som kan producera nya läkemedel och andra kemikalier. För det andra vill han genmanipulera bakterier som inte kan leva utanför labbet eftersom de behöver onaturliga aminosyror för att överleva – en bedrift som kan förhindra miljöskador som kan bli följden av att sådana bakterier släpps loss i världen. Och för det tredje vill han göra bakterier som är immuna mot virus, eftersom virus kan orsaka problem i industriell produktion. Sättet att uppnå alla dessa saker är att ändra [betydelsen av den] genetiska koden för din favoritorganism, säger Church.
Torsdag, i journalen Vetenskap , beskrev kyrkans grupp hur den raderade alla 314 förekomster av ett visst kodon i genomet av levande E coli och ersatte dem med ett annat kodon. Arbetet leddes tillsammans av Farren Isaacs , nu biträdande professor i molekylärbiologi vid Yale University. Processen innebär att göra småskaliga genetiska förändringar i flera stammar av E coli och sedan kombinera dem.
Forskare vid J. Craig Venter Institute har tidigare visat en annan att redigera ett helt genom. Det här är samma grupp som gjorde den första syntetiska levande cellen förra året. Venter-gruppen redigerar genomet på en dator och syntetiserar sedan det hela med en kombination av maskiner och jästceller; därefter transplanteras genomet in i en mottagarcell.
Kyrkans metod introducerar förändringar i levande celler. Han tror att fördelen med detta tillvägagångssätt är att det är möjligt att rätta till misstag när de inträffar på vägen mot att göra större förändringar. Church hoppas att hans senaste arbete kommer att övertyga andra forskare om värdet av ingenjörsteknik i genomskala. Både hans metod och den som utvecklats vid Venter-institutet innebär att man använder DNA-syntesmaskiner för att göra stora mängder DNA som de konstruerade cellerna kan ta upp. DNA-syntes är fortfarande dyrt. Och tiden som är involverad i båda teknikerna, även om den blir kortare, är en annan kostnad. Vi måste få ner kostnaderna, och tänka på användarvänligheten, säger han.
Att göra proteiner med onaturliga komponenter är så användbart att biologer har gjort det, om än ineffektivt, i årtionden, säger David Tirrell , professor i kemiteknik vid Caltech. Tirrell är inte ansluten till Harvard-gruppen.
Två företag - Allozyme, som Tirrell är förknippad med, och Ambrix - tillverkar båda proteinläkemedel som innehåller onaturliga aminosyror. I båda fallen har de konstruerade bakterier som kan göra proteiner som bara innehåller en onaturlig aminosyra. Att göra organismer som kan använda mer av dessa onaturliga kemikalier för att producera nya typer av molekyler skulle öppna upp nya gränser för proteinläkemedel, säger han. Proteiner med onaturliga komponenter kanske också kan passera barriärer i kroppen som inte är lätta att bryta idag, såsom blod-hjärnbarriären. Kyrkans grupp inleder ett samarbete med Ambrix.