Każdy żywy organizm posiada nośnik informacji genetycznej w postaci DNA. Jest to polimer, który składa się z podjednostek zwanych nukleotydami. Każdy nukleotyd składa się natomiast z pięciowęglowego cukru – deoksyrybozy, do której w pozycji 5’ dołączona jest grupa fosforanowa, a w pozycji 1’ dołączona jest jedna z czterech zasad azotowych. Te zasady to adenina (A), tymina (T), cytozyna (C) oraz guanina (G).
W cząsteczkach DNA, w postaci genów zawierających różne sekwencje nukleotydów, zakodowane są wszystkie cechy danego organizmu. Te cechy zakodowane są z pomocą kodu genetycznego, który jest uniwersalny dla wszystkich organizmów. Z jego pomocą wspomniane sekwencje tłumaczone są na białka lub różne formy RNA.
Kod genetyczny jest czteroliterowy, ale jego symbolem informacyjnym jest triplet, czyli trójka kolejnych nukleotydów w cząsteczce DNA, zwana także kodonem. Kod genetyczny składa się z 64 kodonów, z czego 61 koduje 20 aminokwasów, a pozostałe 3 to kodony nonsensowe, czyli tak zwane kodony „stop”, wyznaczające punkt, w którym translacja DNA na białko ma zostać przerwana.
Badacze, którzy wyposażyli bakterię E. Coli w syntetyczny genom, przed przystąpieniem do swojego eksperymentu zadali sobie pytanie, czy na pewno aż 64 kodonów potrzeba do stworzenia życia, skoro kodują one tylko 20 aminokwasów. Czy potrzebne są aż trzy kodony stop i aż kilka kodonów przypadających na niemal każdy aminokwas? Czasem poszczególne sekwencje DNA pełnią podwójną funkcję, kodując i białka i informacje regulacyjne, kontrolujące chociażby aktywność genów, ale niezwykle trudno jest to przetestować, bowiem nawet najbardziej kompaktowe genomy zawierają mnóstwo genów (w przypadku E. coli mowa o 4000 do 5500 genów).
Aby odpowiedzieć na wspomniane pytania, uczeni postanowili zaprojektować nowy genom dla E. Coli tak, aby bazował on jedynie na 61 kodonach, zamiast 64. Badacze zmienili sekwencję DNA tak, aby seryna pojawiała się tylko w postaci czterech kodonów zamiast sześciu oraz aby zamienić jeden z kodonów stop na pozostałe dwa.
Jako że syntetyczny genom był zbyt skomplikowany, by przenieść go do komórki w całości, badacze podzielili go na fragmenty, którymi zastępowali oryginalny genom kawałek po kawałku, aż do momentu, gdy w komórce nie pozostało nawet pół procenta naturalnego genomu. O dziwo bakteria przetrwała ten proces, dając początek szczepowi o nazwie Syn61. Szczep ten charakteryzuje się wolniejszym rozwojem w porównaniu do normalnych bakterii, ale poza tym trudno je od siebie odróżnić.
W przyszłości badacze zamierzają jeszcze bardziej uprościć genom bakterii E. coli. Być może w ten sposób uda im się dowiedzieć, czy jak bardzo można ograniczyć wykorzystanie kodu genetycznego, aby nadal mieć do czynienia życiem. Co więcej, uczeni pragną popracować nad zmianą znaczenia wyeliminowanych kodonów, a także stworzyć nowe i białka oraz w pełni syntetyczne komórki.
Źródło: Nature