Синтетическая биология. Комментарии ученых и экспертов, мнения, научные блоги.

b9fd24ab638e9ef6ceae3308fd9876a5

Eсть тaкaя oблaсть биoлoгии — синтeтичeскaя биoлoгия. Вooбщe, eй ужe лeт дeсять, oнa рaзвивaeтся oчeнь бурнo, врeмя oт врeмeни кaкиe-тo нoвoсти прoрывaются в нaучнo-пoпулярныe издaния, нo чтo-тo сие всё мимо меня проскакивало. А тут вдруг наткнулся, почитал малость статей — и очень впечатлился.Главная идея синтетической биологии — обобщать на генетическом уровне вещи, которые то ли безграмотный появились, то ли не закрепились в эволюции жизни бери Земле. Под словом "вещи" может иметься в виду как бы функция, так и что-то материальное — например, новые белки или хотя (бы) новые аминокислоты, из которых можно строить совершенно новые типы белков. И из сих новых "кирпичиков" биологи-синтетики пытаются построить, в помине (заводе) нет, даже так — запрограммировать — новые варианты жизни. Сие как бы генетический инженеринг, но на совершенно новом уровне — после этого не пересаживают ген одного организма другому, здесь пытаются с нуля "взвесить" новый способ жизнедеятельности и внедрить его в реально живущую клетку.Какие функции шелковица можно реализовать и как? Пока самой распространенной "игрой" является программирование новых, малограмотный существовавших в природе молекулярно-генетических "часов" в клетках (чаще всего, сие бактерии E.coli). Вот классический пример (Nature, 2000): в клетку запускают три телеутка (A, B, C), которые могут вырабатываться самой клеткой, но которые подавляют экспрессию кто с кем (друзья друга по цепочке: A подавляет B, B подавляет C, C подавляет A. В результате возникает кривуля обратной связи — но с задержкой по времени. И сего уже достаточно, чтобы в размножающейся колонии бактерий начались колебания концентрации сих молекул, что можно отслеживать напрямую по зеленому флуоресцентному белку (побочному продукту бери одной из стадий цикла). Получается такая картинка: Обратите внимание — промежуток колебаний здесь составляет часы, что в несколько раз похлеще периода деления клеток. Получается, информация о том, в какой фазе колебания автор этих строк находимся, генетически передается из поколения в поколение.Поначалу у таких работ были необеспеченность — далеко не все клетки вовлекались в колебание, наблюдался густой разброс откликов по всей популяции, да и с течением времени непохожие клетки сбивались с ритма или начинали подзабывать фазу. Что ни говорите с этими проблемами постепенно справились. В 2008 году в работе A fast, robust and tunable synthetic gene oscillator отражение был сильный, устойчивый и однородный, а буквально месяц назад была опубликована деловая A synchronized quorum of genetic clocks, в которой клетки, общаясь ненаглядный с другом, успешно синхронизировали по всей популяции свои новоприобретенные генетические время.Отдельно подчеркну роль теорфизики. За 6 лет до работы 2008 возраст в Phys.Rev.Lett. была публикована работа Synthetic Gene Network for Entraining and Amplifying Cellular Oscillations, в которой строилась покрой подобных осцилляций и изучалась их фазовая диаграмма (например, при изменении силы петель обратной маза). В работе 2008 года опыт этого моделирования был принят к сведению (Водан из авторов, кстати, участвовал в обоих работах).Это, (само собой), только одна из возможностей. Сейчас из набора таких транскприпционных факторов еще умеют создавать элементы логических схем и вроде бы новообращенный даже внедрили в ту же E.coli настоящий цифровой перечень, который "считал" количество событий деления. В общем, (в открываются головокружительные перспективы — см. например (довольно старую) популярную статью Синтетическая существование. Правда, это всё делать не так просто — о технических трудностях сих работ см. недавний материал из Nature: Пять горьких истин синтетической биологии. Сие конечно впечатляет, но это еще далеко не всё. Позднее — круче.Предположим, нам хочется создать новые белки, построенные маловыгодный только на стандартных 22-х, но и на каких-так новых аминокислотах. В принципе, другие аминокислоты есть, только в природе безвыгодный предусмотрена возможность их кодирования в РНК. Как сделать беспричинно, чтоб рибосома их всё же использовала при синтезе белочка?Один из вариантов — заставить рибосому мутировать бесцельно, чтоб она на каком-то не сильно важном триплете "ошибалась" — вставляла другую аминокислоту. В принципе, такие работы были, да как-то вяло всё шло. А неделю назад была опубликована статья Encoding multiple unnatural amino acids via evolution of a quadruplet-decoding ribosome, в которой реализовано совершенно радикальное иджма этой проблемы. Авторы этой работы целенаправлено добились ёбаный мутации рибосом, чтобы они считывали генетический код безлюдный (=малолюдный) триплетами, а квадруплетами — т.е. по четыре "буквы" РНК сразу. При этом открывается исполинс простор для кодирования сразу кучи новых аминокислот (квадруплет может зашифровать. Ant. раскодировать 256 комбинаций вместо 64 у триплета).Для примера авторы смогли встроить в протеиноид кальмодулин парочку новых аминокислот, которые затем в пространстве сверх того соединились друг с другом (образовали циклический кросс-линк), чего значительно укрепило трехмерную пространственную структуру белка (см. картинку):А если нет вспомнить, что много заболеваний связано именно с неправильным фолдингом белков, так можно легко понять, насколько потенциально перспективными могут стать подобные укрепления.Занятно до сей поры и то, что в принципе обе формы считывания можно учредить. Ant. расформировать параллельно, кодируя гены обоего типа на одной и праздник же ДНК. Две рибосомы — одна нормальная, другая с квадруплетным считыванием, — будут считывать "близкие" гены и не будут понимать "чужие".Получи закуску несколько ссылок (буду благодарен за хорошие добавления, мембрану и т.п. — никак не предлагать!):Synthetic systems biology — подборка ключевых статей согласно этой теме, опубликованных в Nature за последние 10 полет.Журнал Systems and Synthetic Biology, в котором много статей в открытом доступе.Synthetic biology — бездна обзорных статей в открытом доступе.Synthetic biology projectSyntheticBiology.org — в основном, техническая информация.