Представлен инструмент для масштабного редактирования генома

Автоматическая правка генома похожа на редактуру текста, только вместо букв — нуклеотиды (иллюстрация Christine Daniloff).

Исследователи из США и Южной Кореи разработали технологию автоматизированного и при этом широкомасштабного изменения всего наследственного кода живой клетки. Новация должна помочь в конструировании организмов с заданными свойствами.

Придуманная специалистами Массачусетского технологического института, Гарварда, Стэнфорда и ряда других университетов технология позволяет заменять сразу по всему геному заранее выбранный кодон (трёхбуквенное слово кода, то есть триплет нуклеотидных оснований). Подобным образом вы можете при помощи текстового редактора автоматически заменить в большим тексте все встречающиеся слова «да» на «может быть», или всех «лис» на «ежей».

В генетическом словаре живых организмов насчитывается всего 64 кодона, из которых 61 кодируют определённую аминокислоту (в составе какого-нибудь белка), а три являются управляющими, так называемыми стоп-кодонами, дающими команду на прекращение синтеза. Замена кодонов может служить инструментом управления геномом.

Именно такую операцию провернули авторы технологии для проверки её работоспособности. Они взяли бактерии (кишечную палочку) и поменяли в них стоп-кодоны TAG на другой стоп-кодон TAA.

Для выполнения «трюка» учёные совместили две технологии — мультиплексный автоматизированный инжиниринг генома (MAGE) и конъюгативную сборку генома (CAGE).

За мудрёными названиями стоит следущее. Для начала генетики создали 32 штамма кишечной палочки, в каждом из которых с помощью процесса MAGE заменили 10 кодонов TAG на TAA. Далее авторы новации создали среду, в которой бактерии обменивались генетическим материалом, причём из полученных микробов отбирались те, в которых число заменённых кодонов оказывалось удвоенным (технология CAGE).

Так получилось 16 штаммов с 20 новыми кодонами. Следующие уже выполненные шаги — 8 штаммов с 40 и 4 штамма с 80 заменёнными кодонами. (Подробности — в статье в статье в Science.)

Теперь учёным нужно сделать ещё пару шагов, чтобы провести тотальную замену всех кодонов TAG во всём геноме кишечной палочки, а их там 314 штук.

Дальше открывается новое поле для деятельности. Поскольку в проектируемом финальном штамме кодонов TAG не останется вовсе, клеткам больше не потребуется механизм, читающий данный кодон. Потому генетики могут переключить его на что-то другое, скажем, синтез новой аминокислоты для сборки нового белка.

Так можно будет произвольно выводить бактерии с необычными свойствами. Причём все правки генома идут на живых бактериях, и в ходе всех циклов замены учёные проверяют, что бактерии остаются в порядке и даже сохраняют способность к размножению.

Кроме того, техника полной замены одного из кодонов позволит биологам создать штаммы бактерий, устойчивые к тому или иному вирусу. В некоторых отраслях, где выращивают бактерии (с целью синтеза лекарств или биотоплива), вирусы губят до 20% культур. Между тем вирус не сможет заразить бактерию, если у неё генетический код окажется написанным на «другом диалекте».

Аналогичные правки генома могли бы предотвратить распространение генетически изменённых бактерий в естественной среде и передачу перепроектированного наследственного кода бактериям вне стен лабораторий, полагают исследователи.



Учёные вывели бактерию с ядовитой ДНК

1 июля 2011

Биологи омолодили дрожжевые клетки

28 июня 2011

Биологи научились лечить диабет светом

27 июня 2011

На мышах успешно протестировали вакцину от рака простаты

22 июня 2011

Испытаны вирусные солнечные батареи

25 апреля 2011
  • Илья Тыщенко  15 июля, 18:22
    В следующей версии программы — загрузка генома в носитель...
    ОтветитьНравится
  • Скорее пакет «1С — работник» =)
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  15 июля, 18:30
    1."генетики создали 32 штамма кишечной палочки, в каждом из которых с помощью процесса MAGE заменили 10 кодонов TAG на TAA . Собственно это и есть новость — процесс МАGE — вот о том как это сделано и нужно было бы ( по моему скромному мнению) сообщить — если в этом процессе действительно есть изюминка.
    2. ЧуднО. триплет вообще то считывается транспортной РНКа именно она определяет какому кодону какая аминокислота соответствует. Они что уже научились менять структуру тРНКа заранее заданным образом?
    3 :) на иллюстрации програмка пропустила минимум один TAG в плотную левее выделенного на четвертой строчке с верху. :)
    Вообще красиво конечно.
    ОтветитьНравится
  • Иван Золотарев  15 июля, 18:51
    Наверное, нарочно пропустили, чтоб со следующим не сливалось :)
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  15 июля, 20:20
    МАGE, как я понял, не очень новый процесс, а вот CAGE и совмещение двух вместе — внове. Детали, полагаю, слишком зубодробительны для формата новости. Но зато ссылки все есть, кому нужно копнуть глубже.
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  15 июля, 23:36
    multiplex automated genome engineering (MAGE) вот собственно освещение устройства вот этого процесса могло бы стать возможно интересной новостью ... мне было бы интересно. Как? Как они избирательно меняют триплеты нуклеотидов?!!
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  15 июля, 19:37
    «Я [censored], дорогая редакция!» ©.
    Начну с конца:
    1). «Аналогичные правки генома могли бы предотвратить распространение генетически изменённых бактерий в естественной среде и передачу перепроектированного наследственного кода бактериям вне стен лабораторий..» — ничем не обоснованный вывод. Так как авторами НЕ проводилось изменение механизма трансляции генетического материала, а следовательно — кодоны-то самые что ни на есть обычные, «как у всех»...
    2). «Между тем вирус не сможет заразить бактерию, если у неё генетический код окажется написанным на «другом диалекте»..» — смотрим п.п.1.
    3). «...можно будет произвольно выводить бактерии с необычными свойствами...» — стоп-кодон НИЧЕГО не кодирует!!! Про какие свойства речь???.. Ах да, наверное, следует аккуратнее использовать терминологию «стоп-кодон», которая относится к мРНК, а в заметке речь постоянно идет про ДНК... Еще добавлю, что стоп-кодоны в НЕКОТОРЫХ организмах вполне себе кодируют аминокислоты (смотрим Педивикию).
    4). Подводя итог: молекулярные биологи и генетики вот уже более 60 лет успешно проводят модификации различных организмов с целью достижения требуемых свойств. Однако только сейчас эта группа исследователей (из 16 человек) зачем-то поставила перед собой абсолютно идиотскую цель и успешно ее достигла. В итоге получилась мегахрень, которую радостно опубликовали в нэйче... Апофеоз. Наука только ради самой науки.
    С уважением.
    ОтветитьНравится
  • Noname Noname  15 июля, 20:07
    Извините, но Ваш отзыв во многом не коректен, иногда даже попахивает троллингом. Такая возможность может оказатся полезной в некоторых случаях...
    1) Соглашусь, мало правды
    2)Пожалуй, тоже соглашусь.
    3)Можно! Если часть кодирует что-то более-менее значимое — тогда данную технологию можно использовать. Кроме того, стоп-кодоны тоже разнятся между собою... Т. е. практическое применение весьма небольшое, но есть!
    4)Вот здесь, пожалуй, троллинг чистой воды...
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  15 июля, 20:14
    «Предотвратить распространение... заразить...» — это всё из источников, восходящих к самим авторам, полагаю, эти положения могут быть верными при ряде доп условий (то есть имеем дело с упрощением выводов для публики).

    Стоп-кодон, как я понимаю, был выбран просто в качестве подопытной мышки, почему бы тем же способом не менять другие кодоны?

    Про 60 лет. Проводят, да, но точечно. Замена заданного триплета не в каком-то гене, а на протяжении мегабаз всего наследственного кода, практически автоматом — это действительно прорыв. То есть главное — не что заменили в опыте, а как заменили.

    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  15 июля, 23:47
    совершенно верно — метод скромно названный Магик — вот изюминка . (методы и средства современной науки — сверло а не дырка им просверленное )
    А стоп кодон выбран потому что как Вы правильно заметили — его заменяли синонимом — стоп кодоном с той же примерно функцией. Но вот как они будут делать тРНКа чтоб она на TAG антикодон, цепляла невиданную в живой природе Амино Кислоту... которая бы не сбоила Рибосомальную машину. Вот это будем посмотреть. !!
    ОтветитьНравится
  • Алекс Яковенко  18 июля, 07:10
    Cовершенно не верно — статья абсолютно целевая. Пользуясь Вашей аналогией изобрели не сверло, а дрель с тремя сверлами: девайс занятный, но что с ним делать не особо ясно.
    А между тем здесь рождаеться новая наука. Помните как начиналась современная биотехнология? Со слияния техник рестрикции плазмид и внедрения фрагмента назад в днк. Тоже самое происходит сейчас: техника глобальной замены триплета и внедрения нового комплекса аминоацилтрнк синтетаз позволит строить белки (частично) из неприродных аминокислот. Правда часть синтетазы тут существенно сложнее и ее замена вероятно потребует еще десятилетия. Есть конечно вариант, что авторы знают как сделать замену синтетазы, однако скорее всего просто столбят имя в истории. В любом случае МАГИК — просто себе диковенный инструмент и какраз делать статью о нем было бы ошибкой.
    Браво, Леонид.
    ОтветитьНравится
  • Юлия Рудый  18 июля, 13:09
    Я бы сказала, главное, даже не «как заменили», а «сколько заменили».. Думаю, стоп-кодоны были выбраны, чтобы в конце показать «Ребята, смотрите, TAG все заменили, больше не запрещают, запретный ранее белок синтезируется» Вот только вопрос, что такая отмена отмены даст для новых свойств? Ведь, наверняка, природа неспроста некоторые белки запретила производить :)
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  23 июля, 19:22
    «Стоп-кодон, как я понимаю, был выбран просто в качестве подопытной мышки, почему бы тем же способом не менять другие кодоны?» — в том-то и дело, что сама метода мне представляется бессмысленной (тут ею кто-то восхищался — звиняйте...), например: стоит задача заменить глицин на аланин. Опуская научно-практическую необходимость такой постановки задачи, согласно предлагаемой методике замена будет произведена практически по ВСЕМУ геному (здесь я сознательно «забываю» про избыточность — сути это не особо поменяет), что бессмысленно и скорее всего приведет к гибели и/или жестоким мутациям с непредсказуемым результатом...

    Да, еще раз про «странные» аминокислоты: помимо упомянутой проблемы с тРНК и рибосомальным аппаратом, есть большая проблема, как прикрутить к живой клетке НОВУЮ тРНК, включая механизм ее синтеза с нуля, что на данном этапе развития мне представляется невыполнимой ззадачей.

    ОтветитьНравится
  • Алекс Яковенко  23 июля, 20:18
    1. Задача не заменить глобально одну аминокислоту на другую (тут конечно статья грешит неправильно расставленными акцентами), а высвободить кодон для перепрограмирования его значения. Тоесть создать жизнеспособный геном где некоего кодона не будет вообще. Потом навесить на этот кодон новую аминокислоту и штамповать апгрейдженные белки.
    2. Синтез не проблема — активированную аминокислоту можно получать химически и кидать в реактор. Ее потребление будет только при индукции синтеза целевого белка и для остальной жизни клетки вообще не нужно.
    З. Ы. Как сделать новую арсазу пока никто не знает по-ходу, но это не выглядит таким уж фантастическим ивентом.
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  23 июля, 22:46
    1). Эээээ... А методика иначе и не работает... Или вы рассматриваете только стоп-кодоны?..
    Для целей же, как вы называете, «перепрограммирования» потребуется провести замену, а затем вставки. НО!! Не факт, что: а) сохранится аппарат для обслуживания отсутствующих кодонов; б) «искусственная» фосфорилированная аминокисллота будет селективно взаимодействовать с антикодонсодержащей тРНК.
    2). Я имел ввиду несколько иное (см. п.1а). Активированная а.к. — это хорошо, но см. п.1б....
    Да и ничто не будет мешать клетке метаболизировать этот замечательный субстрат....
    3). Я не говорил про фантастику, я сказал, что сейчас (да и ближайшие лет 5-10) это неосуществимо. Дальше — будем посмотреть...
    ОтветитьНравится
  • Алекс Яковенко  24 июля, 00:02
    1) Стоп кодон вроде как наулучший вариант для замены. 1а) Ну тот факт что товарищи пихают незаконченную работу (не смогли пока получить весь замененный геном) вроде как предполагает что не сохраниться и это будет летально. Но раз не решаеться задача в лоб можно по лбу: подраститьселектировать выживших недомутантов, авось мать-природа поможет. 1б) это вопрос дизайна белка, пока звучит футуристично, но как показывает опыт антител при правильной селекции и достаточной библиотеке найти нужный вариант молекулы можно и даже не трудно.
    2) @ он то сьест, да кто ж ему даст :)
    3) Абсолютно согласен с времнной оценкой технологии (наверно даже >10). Сейчас авторы просто столбят имя в истории и штамы в кельвинаторе.
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  15 июля, 23:54
    Потому генетики могут переключить его на что-то другое, скажем, синтез новой аминокислоты для сборки нового белка.
    яснее ?
    Потому генетики могут переключить его на что-то другое, скажем, на включение новой аминокислоты в структуру белка при его сборке.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Заплатин  16 июля, 15:52
    И так, на очереди генномодифицированные бактерии производящие кокаин.
    ОтветитьНравится
  • Артур Терегулов  17 июля, 05:31
    Хорошая идея, в Колумбии аплодируют, раньше они только подводные лодки покупали, теперь будет и генным инжинирингом заниматься.
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  19 июля, 22:03
    И что будет? Один супергигантский белок вместо тысяч функциональных?
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  16 июля, 21:03
    дрозжи не совсем бактерии, а уж если модифицировать так лучше — растения — березу например.
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  16 июля, 21:04
    но это все фигня, вот растения с высоким содержанием незаменимых аминокислот и дополнительных витаминов — это да!!!
    ОтветитьНравится
  • Алексей Заикин  16 июля, 21:49
    На мой взгляд для использования новых аминокислот лучше использовать неиспользуемые кодоны, чем перепрограммировать использование уже существующих
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  17 июля, 21:02
    Я тоже не понял смысл замены одного стоп-кодона на другой, ведь тРНК и аминоацилсинтетаз для них нет. Они не читаются и никакого читающего механизма нет.
    ОтветитьНравится
  • Юлия Рудый  18 июля, 13:07
    То есть они каженный раз читали геном, чтобы выловить тех у кого удвоенное число заменённых кодонов? Какой же это, наверное, длительный процесс тогда! То-то им ещё «пару шагов» сделать надо :) Далее.. «Между тем, вирус не сможет заразить бактерию, если у неё генетический код окажется написанным на «другом диалекте».» — имхо, вирусы приспособятся к новому диалекту быстрее учёных :) На счёт выводов последнего абзаца тоже сомнения есть.
    ОтветитьНравится