Ученые создали бактерию с неземной ДНК

Ученые создали бактерию с неземной ДНК

Международной группе исследователей из Германии, Франции, Бельгии и США впервые удалось создать жизнеспособных бактерий, в ДНК которых одно из четырех нуклеиновых оснований заменено синтетическим аналогом. Главная особенность нового микроорганизма заключается в том, что его жизнеспособность зависит от несуществующего на планете Земля, а может и во всем космосе соединения. Это обеспечивает его неспособность конкурировать и обмениваться генетическим материалом с другими бактериями.

Все живые организмы хранят генетическую информацию в ДНК, представляющую собой цепочку нуклеиновых оснований четырех типов А (аденин), Т (тимин), Г (гуанин) и С (цитозин). Эти буквы являются своего рода «алфавитом жизни». Исследователям удалось полностью заменить тимин в геноме кишечной палочки 5-хлорурацилом – соединением, высокие концентрации которого токсичны для живых организмов.

Слева: клетки кишечной палочки, зависимые от содержания в среде тимина – одного из четырех природных нуклеиновых оснований. Справа: кишечные палочки, адаптировавшиеся к 5-хлорурацилу – искусственному аналогу тимина

Для этого они использовали новую методику, обеспечивающую эволюционирование микроорганизмов в строго контролируемых условиях. Суть методики заключается в выращивании больших популяций бактерий под постоянным давлением селекционного отбора, обеспечиваемым присутствием сублетальных доз токсичного соединения. При этом автоматизированная система регистрирует появление устойчивых микроорганизмов и соответствующим образом корректирует условия культивирования.

Такой эволюционный протокол применили к штамму K12 кишечной палочки, неспособному к самостоятельному синтезу тимина и получающему его исключительно из окружающей среды. После смены 1000 поколений микроорганизмов, культивируемых в среде, содержащей очень низкие концентрации тимина и его синтетического аналога 5-хлорурацила, потомки исходной популяции уже могли существовать в среде, содержащей только 5-хлорурацил. Анализ ДНК этих бактерий показал, что тимин в их ДНК был практически полностью замещен 5-хлорурацилом. Было также выявлено огромное количество мутаций, изучением роли которых в адаптации микроорганизмов к новому нуклеотидному основанию ученые занимаются в настоящее время.

Полученные результаты представляют огромнейший интерес с точки зрения фундаментальной науки. Однако исследователи отмечают, что они также являются важным достижением в области ксенобиологии – недавно появившегося направления синтетической биологии. Они считают, что микроорганизмы, существование которых зависит от невстречающегося в природе соединения и, соответственно, не представляющие ни малейшей угрозы для окружающей среды, можно с успехом использовать для производства лекарственных препаратов, биоэтанола и других химических соединений.