Пройдено уже почти 4% пути к реализации одного из самых амбициозных проектов нашего времени: созданию полностью искусственного генома. На сегодняшний день это самая сильно измененная человеком ДНК живого организма. Джорджа Чёрч (George Church) из Гарвардского медицинского института и его коллеги опубликовали в журнале Science статью, в которой отчитались о замене 3,8% генома бактерии Escherichia coli на искусственно синтезированные фрагменты ДНК. По завершении работы ученые станут создателями совершенно новой формы жизни, устойчивой ко всем известным вирусам и способной производить несуществующие в природе вещества.
Получена самая большая синтетическая ДНК в истории

За основу ученые взяли геном кишечной бактерии E. coli. Ее ДНК (как и человеческая) состоит из четырех видов нуклеотидных остатков. Группа из трех нуклеотидных остатков называется кодон; почти все кодоны кодируют какую-нибудь аминокислоту. Последовательность кодонов определяет последовательность аминокислот в белке. Одна аминокислота кодируются не одним, а несколькими разными кодонами.

Всего кодонов 4*4*4 = 64 разновидности, а аминокислот только 20, поэтому многие кодоны означают одну и ту же аминокислоту. Ученые начали заменять в ДНК бактерии одни кодоны другими, синонимичными. К настоящему моменту удалось заменить 7 из 64 кодонов везде, где они кодируют аминокислоты. К тому же их общее количество удалось уменьшить с 64 до 57, отказавшись от использования некоторых кодонов. В природе организмов с таким набором кодонов не существует.

Всю нить ДНК E. coli ученые разделили на 55 фрагментов, каждый из которых состоит из 50 000 пар нуклеотидных оснований. В каждом из этих 55 фрагментов одни кодоны заменили на другие, кодирующие те же аминокислоты. Чтобы получить живой организм с такой ДНК, ученым еще предстоит собрать все фрагменты воедино. Сможет ли такая бактерия жить, покажут дальнейшие эксперименты.

Биолог-синтетик Джордж Чёрч и его коллеги утверждают, что «переписывание» генома кишечной палочки поможет проложить путь проекту Human Genome Project—Write, в рамках которого ученые рассчитывают создать синтетический геном человека. «Мы показали, что такая радикальная перестройка генома возможна», комментирует Чёрч.

В марте этого года генетики из Калифорнии заявляли о создании искусственного генома, в котором отсутствовали все «лишние» гены, но он был создан на основе ДНК на порядок короче, чем ДНК бактерии E. coli. В 2013 году Чёрчу и его команде удавалось перепрограммировать в ДНК бактерии одну аминокислоту. Получившиеся в результате бактерии пользовались аминокислотами, которых нет в живой природе. Эта особенность сделала бактерию устойчивой ко всем известным вирусам: она слишком отличалась от всего живого, чтобы вирус мог встроиться в ее обмен веществ.

Некоторое время в научной среде высказывались опасения по поводу того, на что способны будут эти организмы, если они окажутся вне лаборатории. Сейчас можно смело утверждать: ни на что. Их жизнь можно поставить в зависимость от аминокислот, которых нет в природе — и тогда за пределами чашки Петри они просто умирают.