合成大腸菌は遺伝暗号がカットされています

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合成大腸菌は遺伝暗号がカットされています
合成大腸菌は遺伝暗号がカットされています
Anonim
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DNAの3文字のコドンとアミノ酸の対応を示す遺伝暗号表

生物学者は、ゲノムが完全に新たに合成された大腸菌の菌株を作成しました。同時に、彼女のゲノムでは3つのコドンが完全に同義のものに置き換えられたため、遺伝暗号が64から61の位置に減少しました。合成ゲノムを持つ最初の生物のゲノムが「たった」100万塩基対を含んでいた場合、今回はこの数字を4回超えた、とNatureの記事の著者は述べています。

2010年、Craig Venterのチームは、完全に合成されたゲノムを持つ最初の生物の作成を発表しました。この生物は、インビトロで完全に合成された染色体をレシピエント細胞に導入することによって得られた細菌マイコプラズマ・ミコイデスの菌株であった。人工染色体は100万塩基対強でした。この実験の後、生物学者は同等のサイズのいくつかの人工酵母染色体を合成して組み立てることもできました。

ThomasElliottとJasonChinが率いるCambridgeMolecular Biology Laboratoryの科学者チームは、400万塩基対のdenovo合成染色体を持つ大腸菌株を作成しました。大腸菌がDNAを高効率で組換えることができるおかげで、このような巨大なゲノムを「宿主」の細胞の一部にしか組み立てることができませんでした。

フラグメントを合成および組み立てるために、E。coli株MDS42のゲノムを、それぞれが100,000塩基対をわずかに超えるサイズの37個の重複するフラグメントに分割しました。そのような各断片は、酵母細胞での組換えによって小さな断片から組み立てられました(ベンターの研究で行われたように)。得られた合成断片をプラスミドとしてMDS42細胞に導入し、相同組換えに基づく修正REXER法を使用して、宿主細胞に染色体の断片を合成断片と交換させました。

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大腸菌自身の染色体(灰色)を合成染色体(ピンク)に順次置換するスキーム

数回の組換えの後、科学者たちは、ゲノムの一部として人工染色体の7つの大きな部分を含む7つの異なる株を入手しました。次に、接合のプロセスが細胞で誘発されました-細菌の性的プロセスの類似物であり、その間に遺伝情報の交換が可能です。これにより、研究者は合成染色体の別々の断片を単一の株に順次組み合わせることができました。得られた「合成」大腸菌株はSyn61と名付けられました。

著者によって考案されたように、その主な際立った特徴は非標準の遺伝暗号でした。ゲノムの一部の合成中に、アミノ酸セリンをコードするTCGおよびTCAコドンは遺伝暗号から除外され、同じくセリンをコードする同義のコドンに置き換えられました。これは、遺伝暗号の縮退により可能になりました-各アミノ酸は3文字のコドンに対応し、4文字しかないため、20個のアミノ酸は64個のコドンを使用してエンコードされます(これには、タンパク質配列)。セリンの場合、最大6つのコドンが割り当てられます。

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Syn61ゲノムにおけるコドン置換のスキーム

余分なセリンコドンに加えて、科学者は大腸菌コードから終止コドンの1つを削除しました-すべてのTAGコドンはTAAに置き換えられました。したがって、生物Syn61の遺伝暗号は、64ではなく61のコドンで構成されています。

合計で、18214個のコドンが人工染色体で置き換えられました。以前、研究者は変異オリゴヌクレオチドとの組換えによって終止コドンの1つをコードから除外することに成功しましたが、このために最大321個のコドンを変更する必要がありました。

テストによると、Syn61株は非常に良好に機能しており、祖先のMDS42株よりも1.6倍遅いだけで成長しています。結局のところ、遺伝暗号の変更により、一部の遺伝子は不要になりました。たとえば、以前は大腸菌にとって不可欠であったセリンのtRNAの1つの遺伝子です。

研究者が説明しているように、この研究は、切り捨てられた遺伝暗号を持つ生命の存在の根本的な可能性を示しています。さらに、実証済みのゲノムアセンブリ技術により、科学者は、タンパク質に天然に存在しないアミノ酸を含むなど、目的の特性を備えた生物の作成に近づくことができます。逆に、遺伝子アルファベットに新しい文字を導入することによって遺伝暗号を拡張することによって、細菌が新しいタンパク質を合成することを余儀なくされた同様の実験については、すでに話しました。

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