Forskare programmerar om bakteriegenomet för att fungera med 19 aminosyror i biotekniskt genombrott

En grupp forskare har uppnått en aldrig tidigare skådad milstolpe genom att modifiera bakterier så att de fungerar fullt ut med bara 19 aminosyror. Strukturen för allt känt liv i Terra beror på en standarduppsättning av 20 sådana byggstenar. Experimentet förändrar förståelsen av den genetiska kodens stelhet. De modifierade cellerna kunde reproducera sig utan att uppleva metabola misslyckanden. Vetenskapen ansåg att denna kemiska standardisering var en absolut naturregel i årtionden. Framgången med interventionen öppnar ett nytt kapitel för molekylärbiologi.

Avlägsnandet av en komponent som ansågs nödvändig krävde en komplex omprogrammering av mikroorganismernas genetiska material. Forskare behövde avaktivera specifika instruktioner i budbärar-RNA för att förhindra att cellsystemet kollapsar. Resultatet visar på oväntad flexibilitet i livets grundläggande strukturer. Bioteknik Laboratórios utvärderar nu effekten av denna teknik på att skapa syntetiska organismer för industriellt bruk. Möjligheten att skriva om den biologiska bruksanvisningen erbjuder kraftfulla verktyg för modern vetenskap.

Metodologia applicerades för att utesluta serin

Huvudmålet för den genetiska förändringen som utfördes av experterna var serin. Forskarna tystade generna som var ansvariga för syntesen av denna specifika aminosyra i den modifierade organismen. Den cellulära maskinen måste justeras noggrant för att ignorera kodonet som normalt skulle kräva närvaron av substansen. Processen krävde kirurgisk precision vid sekvensering av bakteriellt DNA. Qualquer redigeringsfel kan resultera i omedelbar död av kolonin under observation. Planeringen undvek avbrott av kritiska metabola vägar.

Full bevakning: Senaste Nytt (SV)

Bakterierna har genomgått rigorösa observationstester under flera på varandra följande generationer. Det centrala målet var att bekräfta om den strukturella anpassningen skulle förbli stabil över tiden. Mikroorganismerna fortsatte att utföra sina vitala funktioner på ett absolut regelbundet sätt. Frånvaron av serin förhindrade inte bildandet av funktionella proteiner som var nödvändiga för cellöverlevnad och förökning. Ändringens ärftlighet visade att ändringen inte utgjorde en tillfällig eller tillfällig händelse.

Impacto rakt in i bioteknikindustrin

Att förenkla den genetiska koden drar till sig omedelbar uppmärksamhet från företag som fokuserar på storskalig biologisk tillverkning. Microrganismos som arbetar med färre komponenter kräver betydligt mindre näringsämnen för att växa. Essa-funktionen minskar driftskostnaderna i stora biofabriker runt om i världen. Cellenergiförbrukningen visar också en betydande minskning under industriella jäsningsprocesser. Energieffektivitet förvandlar dessa bakterier till mycket lönsamma verktyg för produktionssektorn.

Läs mer: Bakterier skapade med 19 aminosyror trotsar biologins grundläggande lag

Omdesignade Organismoss har stor potential att optimera produktionen av flera viktiga kommersiella föreningar. Läkemedelsindustrin planerar att använda dessa förenklade cellulära matriser vid tillverkning av läkemedel och enzymer med högt förädlingsvärde. Skapandet av alternativa bränslen och icke biologiskt nedbrytbara material är definitivt på radarn för praktiska tillämpningar. Absolut kontroll över cellulär metabolism garanterar högre produktionseffektivitet än traditionella extraktionsmetoder. Precision i syntesen av komplexa molekyler minskar råvaruavfallet.

Perspectivas om livets ursprung och utveckling

Hur en levande varelse fungerar med 19 aminosyror väcker djupgående frågor om de första livsformerna på planeten. Primitiv biologi kan ha börjat sin evolutionära bana med ett mycket litet antal byggstenar. Den nuvarande komplexiteten baserad på 20 komponenter verkar vara resultatet av evolutionära möjligheter ackumulerade under miljarder år. Naturen visar en anmärkningsvärd tolerans mot alternativa kemiska arrangemang. De första landlevande organismerna opererade möjligen med en liten bråkdel av det moderna genetiska alfabetet.

Standardiseringen av den genetiska koden har alltid behandlats som en oföränderlig regel av det globala forskarsamhället. Avläsningen av DNA och den därav följande sammansättningen av proteiner följer en universell väg från bakterier till människor. Det aktuella experimentet bryter detta historiska paradigm genom att bevisa att molekylär redundans tillåter drastiska strukturella innovationer. Evolutionen använde systemets mångsidighet för att garantera förevigandet av arter i fientliga och föränderliga miljöer. Biologi avslöjar en arkitektur baserad på kontinuerlig anpassning.

Inom samma ämne: Forskare föreslår ett nytt sätt att söka efter utomjordiskt liv med analys av molekylär organisation

Próximos steg och utmaningar för genetisk forskning

Minimalistisk organismteknik etablerar en ny gräns för avancerade laboratoriestudier. Införandet av helt artificiella föreningar i genomet framstår som nästa stora mål för forskare inom området. Proteínas byggd med element som inte finns i naturen kan uppvisa helt oöverträffade fysikaliska och kemiska egenskaper. Den teoretiska säkerheten för dessa procedurer vinner mycket styrka med de senaste resultaten som erhållits på Petri-plattorna. Skapandet av en helt syntetisk livsform lämnar fiktionens område och går in i den vetenskapliga planeringen.

Biotekniska framsteg genererar komplexa tekniska frågor som kommer att vägleda framtida experiment i huvudforskningscentra. Forskare försöker kartlägga de exakta gränserna för cellulär manipulation innan de går mot flercelliga organismer. De huvudsakliga forskningsfronterna inkluderar:

• Möjligheten att ta bort andra aminosyror från den genetiska standardkoden utan att orsaka dödlig skada.
• Minimigränsen för kemiska komponenter som behövs för att upprätthålla grundläggande bakterieliv.
• Förändringar i den totala metaboliska effektiviteten efter flera raderingar av byggstenar.
• Identifiering av de enklaste aminosyrorna att ersätta eller eliminera i laboratoriemiljön.

Terapias-gener representerar ett annat medicinskt område som direkt drar nytta av mer kompakta och förutsägbara genom. Minskningen av genetiskt material minskar avsevärt riskerna för slumpmässiga mutationer under experimentella behandlingar. Pesquisadores testar redan redigeringen av virala vektorer för att ge patienter mycket säkrare behandlingar. Cellulär förenkling underlättar kontinuerlig övervakning av biverkningar i den organism som får terapin. Manipulering av livskoden når en nivå av kontroll som saknar motstycke i medicinens historia.