В основе всей жизни на Земле лежит молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Из различных комбинаций нуклеотидных оснований ДНК — аденина (A), цитозина (C), гуанина (G) и тимина (T) — происходят различные генетические комбинации каждого живого существа. А что бы произошло, если бы мы смогли добавить больше букв к этому генетическому алфавиту?
Еще в 2014 году химический биолог Флойд Ромсберг сделал именно это. Он и его команда из Научно-исследовательского института Скриппса в Ла-Холле, Калифорния, расширили естественный генетический алфавит, включив нуклеотиды X и Y в штамм бактерий E.coli. Теперь они сделали еще один шаг в этом направлении.
В этом новом исследовании Ромсберг и его коллеги демонстрируют, как их частично синтетический штамм E.coli может обрабатывать инструкции и от своих дополнительных оснований нуклеотидов X и Y для выработки новых белков.
«Это первый случай, когда клетка производила белок с использованием чего-то другого, кроме G, C, A или T», — сказал Ромсберг Reuters . «Это первое изменение в жизни со времени начала эволюции».
А как насчёт создания искусственной жизни?
К счастью, Ромесберг и его команда не намерены использовать свои исследования, чтобы спровоцировать какой-то взрыв новых гибридных форм жизни — основания нуклеотидов X и Y не могут связываться с естественными основаниями ДНК, и эти полусинтетические организмы (SSO) не могут выжить вне пределов лабораторных условий.
Другие учёные выражают опасения в связи с возможной манипуляцией жизнью, хотя молекулярные механизмы SSO в значительной степени отличаются от известной биохимии, и гораздо реже взаимодействуют непредсказуемыми способами с существующими организмами.
Таким образом, полусинтетические организмы Ромсберга вряд ли нарушат существующую жизнь на Земле, но они могут повлиять на развитие органического искусственного интеллекта (ИИ), например, при создании роботов с частично биологическими телами.
Использование SSO для хранения и обработки информации открывает захватывающую дух перспективу. Дело в том, что производительность систем с большим числом состояний элементарных ячеек примерно пропорционально степени состояний — достаточно сравнить производительность традиционных компьютеров с двумя состояниями и квантовых компьютеров.
Наши тела и наш мир
Помимо представлений о полуорганических роботах или реальных парках юрского периода, есть гораздо более реалистичные приложения для полусинтетических организмов Ромсберга. Они могут помочь нам решить многие самые большие проблемы человечества в области здравоохранения, сельского хозяйства, производства и ряда других отраслей.
Самое непосредственное применение работы Ромесберга — разработка новых лекарственных препаратов на основе белка. Но многие из белков, которые привлекательны в качестве лекарственных препаратов, быстро вымываются из организма почками. Его полусинтетическая ДНК может быть использована для создания комбинации белков с молекулами жира, что предотвратило бы их быструю эвакуацию.
Команда Ромсберга планирует продолжить продвижение своих исследований по полусинтетическим организмам на новые уровни. Они надеются расширить генетический алфавит клеток на более сложные организмы, чем E.coli, такие как дрожжи или на самый не повреждаемый организм, как черви C. elegan.