Содержание
Исследователи из Columbia University, MIT и Harvard создали штамм E. coli, который обходится 19 аминокислотами вместо привычных 20. Из набора «универсальных» аминокислот они убрали изолейцин и при этом сохранили работоспособность ключевого узла клетки — рибосомы.
Работу описали в журнале Science. Это первый случай, когда учёные получили организм с набором аминокислот меньше 20, а не расширили его.
Чем это отличается от прошлых экспериментов с генетическим кодом
До этой работы синтетическая биология чаще шла в сторону «добавим новое». Учёные редактировали код бактерий и дрожжей так, чтобы те использовали дополнительные аминокислоты. Здесь задача обратная: убрать одну из базовых аминокислот и не сломать клетку.
Изолейцин выбрали не случайно. По химическим свойствам он близок к лейцину и валину, поэтому его считают одним из наиболее «заменяемых» в белках.
Команда не переписывала весь протеом разом. Они ударили по месту, где белки вообще собираются: по рибосоме. В эксперименте исследователи заменили 382 «позиции» изолейцина в белках рибосомы и добились того, что комплекс продолжил работать.
Где именно пригодился ИИ и какие результаты получили
Для подбора замен учёные использовали AI protein language models. Модели предсказывали альтернативные структуры белков и предлагали варианты замены аминокислот так, чтобы рибосома не теряла функцию без изолейцина.
Важный момент: часть последовательностей, которые предложил ИИ, люди, по словам авторов, могли бы и не придумать. Модели перебирают комбинации быстрее и шире, чем это реально сделать руками в лабораторном цикле «гипотеза — проверка».
- 50: столько штаммов E. coli собрали на этапе замены изолейцина альтернативами
- 18: столько штаммов после этого росли нормально
- 21: столько переписанных рибосомных белков затем объединили в один штамм
Итоговый вариант бактерии всё-таки рос медленнее, чем обычные, немодифицированные штаммы. Но он рос, а рибосома работала после масштабной замены.
Системный и синтетический биолог Harris Wang из Columbia University описал полное устранение аминокислоты так: «almost the hardest thing you could think about, because it’s the biggest, most complicated protein complex» (почти самая сложная задача, потому что рибосома — крупнейший и самый сложный белковый комплекс).
Почему новость важна для биологии и синтетических организмов
Главный вывод для фундаментальной науки: некоторые базовые системы клетки выдерживают сильное вмешательство в «алфавит» жизни. Это подкрепляет гипотезу, что ранняя жизнь на Земле могла обходиться меньшим набором аминокислот, чем современные организмы.
Есть и прикладной слой. Авторы прямо связывают подход с будущими «кастомными» организмами под узкие задачи в медицине и здравоохранении. Ещё одна идея — биоконтейнмент: модифицированные организмы могут стать зависимыми от непривычной химии, которой нет в природе, и это снижает риск неконтролируемого выживания вне лаборатории.
Работа опубликована в Science; популярное изложение с деталями эксперимента доступно по ссылке: Science: AI helps create bacterium partially missing universal amino acid.
Отдельно подчеркнём факт из статьи: итоговый штамм E. coli после объединения 21 переписанного рибосомного белка всё же рос, хотя и медленнее обычных бактерий.
