Převrat: nová písmena „abecedy života“

Poprvé se podařilo, aby bakterie pracovaly s dědičnou informací, kterou jim vědci rozšířili o dvě zcela nová, syntetická písmena genetického kódu.

Příroda dala pozemským organismům do vínku dědičnou informaci ve formě dvojité šroubovice DNA „zapsané“ pouhou čtveřicí písmen genetického kódu. Dědičná informace bakterie, borovice i člověka je proto tvořena stejnými molekulami, tzv. bázemi – adeninem (A), guaninem (G), cytosinem (C) a thyminem (T). Biochemici ale našli celou řadu molekul, které se zdály být tomuto základnímu „kvartetu života“ přinejmenším vyrovnaným konkurentem. Takto vytvořené umělé báze při biochemických reakcích „ve zkumavce“ přitom nenarušovaly strukturu dvojité šroubovice, nebránily množení molekul DNA a dokonce se podle jejich předlohy vytvářely molekuly kyseliny ribonukleové, což je první krok pro zdárnou funkci genů. Dlouho ale nebylo jasné, jestli by tato „nová písmena“ skutečně dokázala rozšířit „abecedu života“ v živé buňce.

Tým vedený Floydem Rosembergem ze Scripps Research Institute v kalifornském La Jolla se snažil přesvědčit bakterie k rozšíření „abecedy života“ plných patnáct let. Enormní úsilí nakonec vědci korunovali úspěchem, o němž informují ve studii publikované v předním vědeckém časopise Nature.

Vědci nejprve naučili bakterie Escherichia coli přijímat umělé molekuly „nových písmen“ z živného kultivačního roztoku. Následně sestavili malý „kroužek“ z DNA, do kterého zařadili i dvě zcela nová písmena genetického kódu. Tento tzv. plazmid pak vpravili do bakterie a napjatě sledovali, jak si s ním buňka poradí. Plazmid se v bakterii nejen udržel, ale po celý týden se tam také množil. Od mateřské bakterie jej dědily i nově vznikající dceřiné buňky. Když přísun syntetických bází z živného roztoku do buňky ustal, nahradily bakterie „umělá písmena“ tradičními bázemi A, G, C, T. Zatím si bakterie neumějí vyrobit „umělá písmena“ svépomocí a jsou odkázány na jejich import. To však nepředstavuje nepřekonatelný problém.

Jak rozšířit genetickou abecedu Zdroj: Synthorx

Cílem podobných experimentů je získat organismy, jejichž dědičná informace by dovolovala zařazovat do řetězce bílkovinných molekul podstatně širší sortiment aminokyselin, než jaký využívají současné formy pozemského života. Organismy dovedou syntetizovat bílkoviny s využitím pouhých 22 aminokyselin. Přitom příroda jich nabízí více než 500. Bílkoviny s těmito netradičními aminokyselinami, by mohly najít uplatnění jako léky, katalyzátory náročných chemických reakcí, detoxikační prostředky pro likvidaci ekologických havárií nebo i jako konstrukční materiály nevšedních vlastností. Romesberg například uvažuje o tvorbě zcela nových léků proti nádorovým onemocněním, které by měly v bílkovinné molekule zařazeny některé toxické aminokyseliny.

Expanze genetické abecedy Zdroj: Synthorx

Posun v syntetické biologii

Objev týmu Floyda Romesberga otevřel podle mnohých odborníků možnosti pro laboratorní vytvoření buněk, které budou mít dědičnou informaci složenou výhradně z umělých „písmen“ genetického kódu.

„Podle mého názoru tomu nic nebrání,“ řekl redaktorům Nature v rozhovoru Steven Benner z Foundation for Applied Molecular Evolution. „Pokud se vrátíme zpět a předěláme poslední čtyři miliardy let evoluce, pak získáme úplně nový systém dědičnosti.“

Sám Romesberg je ale k takovým možnostem spíše skeptický.

„Nic takového se nestane, protože v buňce se nachází příliš mnoho věcí, které rozeznávají DNA. Ta je nedílnou součástí mnoha životních pochodů v buňce,“ zdůrazňuje Romesberg v komentáři pro Nature nezastupitelnou roli „tradiční“ DNA.