Bakterija z razširjeno gensko abecedo proizvaja drugačne proteine

Abecedo življenja sestavljajo le štiri črke, ki so jih biokemiki nadeli imena A (adenin), C (citozin), G (gvanin) in T (timin). Molekule DNK vsebujejo le te štiri baze in to zadostuje, da opisujejo vso pestrost življenja na Zemlji. Sedaj pa so raziskovalci uspeli v bakterijo Escherichia coli vgraditi dve dodatni bazi, ki so ju poimenovali X in Y, ter bakterijo prisiliti v proizvodnjo novih proteinov. O dosežku pišejo v Nature, ki mu je posvetila tudi poljudni uvodnik.

Proteine, ki sestavljajo živa bitja, sestavlja dvajset aminokislin in nekaj zelo redke eksotike (selenocistein in v nekaterih primitivnih oblikah življenja še pirolizin). To seveda ne pomeni, da v živih bitjih ne najdemo še drugih aminokislin; nasprotno, več kot sto jih je, a se te ne prevajajo iz genskega zapisa. Raziskovalci so v prvo damo biokemije, bakterijo Escherichia coli, ki si je to poimenovanje prislužila zaradi obsežnega razumevanja njene biokemije, uspeli vriniti še bazi X in Y. Prvikrat so o tem poročali že v začetku leta. V resnici so X (DNaM) in Y (d5SICS) v E. coli vnesli že leta 2014, a modifikacija ni bila stabilna. Z razdelitvami bakterije sta X in Y izginila iz njene abecede. Letošnji dosežek je bila stabilizacija teh baz v genskem zapisu, ki sta tam ostali tudi po podvojevanju bakterij. Pri tem seveda X in Y (malenkostno spremenjen v dTPT3) nista opravljala nobene funkcije, le v DNK bakterije sta bila. Tja sta prišla z delovanjem mehanizma CRISPR, ki ga bakterije uporabljajo za razkosanja DNK napadalcev (virusov), ki ga potem deloma vgradijo v lasten genom kot obliko imunosti.

Sedaj pa je znanstvenikom s Scripps Research Institute uspel še korak dlje. Bakterija dejansko uporablja nova bazna para (ki se nahajata na plazmidu in ne v jedrni DNK) pri sintezi proteinov, saj poleg običajnih 20 aminokislin bakterija vgrajuje v proteine tudi novi aminokislini PrK in pAzF. Seveda so morali v gojišče celicam dodati X, Y, PrK in pAzF. Dosežek je to, da je bakterija X in Y uporabljala pri podvojevanju, ko nastaja kopija DNK, potem pa prisoten PrK in pAzF (to v resnici ni nič nenavadnega, tudi ljudje devetih aminokislin ne moremo proizvajati sami in jih moramo dobiti iz hrane) vgrajevala v proteine. Da je to šlo, so celici dodali posebne tRNK, ki so potrebni za prevajanje informacij iz kodonov (tako imenujejo tričrkovna zaporedja baznih parov na DNK) v zaporedje aminokislin pri sintezi proteina. Bakterija je tako sintetizirala delujoč protein za zeleno fluorescenco, ki je po funkciji popolnoma enak tistemu brez eksotičnih aminokislin.

Strah, da bi iz bakterij z novimi baznimi pari, ki bi pobegnile v okolje, nastali čudni proteini, ki bi nam škodovali, je neutemeljen. Bakterije v divjini X in Y izgubijo, ker nimajo ustreznih virov zanju. Prav tako ju ne morejo prevajati v proteine, če bakteriji ne nudimo ustreznih aminokislin in tRNK. In tudi v laboratoriju protein zaradi tega ni nič drugačen. V prihodnosti želijo s tovrstnimi manipulacijami doseči, da bi odporne bakterije ponovno postale občutljive na pencilinske antibiotike, dizajnirati eksotična zdravila s proteini, ki jih celice laže privzamejo (lažji prehod skozi membrano) itd.