Два роки тому вчені США заявили, що їм вдалося запровадити дві штучні “букви” ДНК (пари основ) в геном живого організму. Дослідники планували перевірити, чи можна впроваджувати чужорідні елементи в геном, наскільки стабільним при цьому буде життя такої напівсинтетичної бактерії Escherichia coli і чи буде вона самовідтворюватися з такими “надбудовами”. Кінцевою ж метою всіх експериментів такого роду є створення “фабрик” з виробництва потрібних вченим речовин, наприклад, нових білків, необхідних різноманітним галузям промисловості.
Збирати такі речовини “по цеглинках” довго і найчастіше дорого. А ось кишкову паличку вже багато разів “наймали” на таку роботу: її попросять то газ пропан видати, то бензин, дизельне паливо. Цей мікроорганізм невибагливий: підгодовувати, доглядати за мільярди мільярдів бактерій в комфортних умовах, “доїти” і збирати хороші “надої” потрібних речовин не так вже складно.
Але отримані покоління напівсинтетичних мікроорганізмів продемонстрували несподіваний результат, який змусив вчених задуматися, чи правильний шлях вони вибирають.
Нове дослідження показало, що працювати з напівсинтетичним організмом (принаймні, в цій конкретній модифікації), швидше за все, не вийде. Кишкові палички E. coli з штучними “літерами” в ДНК продемонстрували фототоксичність. Простіше кажучи, бактерії вмирають під впливом світла. Зовсім невелика доза сонячного опромінення або світла флуоресцентних ламп значно знижує виживання клітин і їх зростання.
Як виявилося, справа в тому, що впроваджена штучна пара основ складається з двох нуклеозидів (нуклеотидів без фосфатних груп), званих d5SICS і dNaM. Останні за своєю хімічною структурою відрізняються від природних, а отже, поглинають світло іншої довжини хвилі (відмінність при цьому не занадто велика — 400 нанометрів замість 300 нм у природних).
Але щоденні дози опромінення (світло Сонця, що доходить до поверхні Землі і світло флуоресцентних ламп), які отримуємо ми і мікроорганізми, які живуть в лабораторії, містять набагато більше світла з довжиною хвилі 400 нм (близького видимого діапазону) ніж з довжиною хвилі 300 нм (ближче до ультрафіолету).
Щоб зрозуміти, наскільки ця різниця впливає на живі клітини, вчені провели експеримент. Вони піддали впливу світла ракові клітини шкіри. З’ясувалося, що при опроміненні світлом з довжиною хвилі 400 нм навіть у невеликих дозах виживаність звичайних клітин без штучних нуклеозидів не змінилася. Такою ж була ситуація зі зміненими клітинами, які не обробляли світлом. А ось ракові клітини зі “зайвими літерами” в ДНК, що отримали навіть невелику дозу опромінення, демонстрували значне зниження проліферації. Тобто штучні пари основ зробили ці клітини чутливими до дії світла певної довжини хвилі. Фактично вони отримували фотохімічні пошкодження.
Подальші дослідження показали, що, швидше за все, світло провокує появу всередині клітин великої кількості активних форм кисню (АФК). Відомо, що високий вміст АФК шкодить живій клітині, а бактерії з “зайвими літерами” після опромінення світлом володіли великою кількістю цих токсичних сполук, ніж не оброблені клітини.
Таким чином, дослідження показало, що навіть невеликі зміни генетичного коду можуть привести до непередбачуваних і далекосяжних наслідків для всього організму.
“Зараз ведеться велика робота зі створення генетично модифікованих живих організмів з різними цілями. Наша робота чітко дає зрозуміти дослідникам, що треба бути уважними при спробах розширити генетичний алфавіт, особливо якщо синтетичні організми потім будуть піддаватися впливу світла. Раніше на цей факт не звертали уваги“, — говорить один з авторів відкриття Карлос Креспо-Ернандес (Carlos Crespo-Hernеndez) з Університету Кейс Вестерн Резерв.
Втім, в даному випадку не було б щастя, та нещастя допомогло. Відкриття може послужити і хорошу службу людині, так як вчені, використовуючи явище фототоксичності, можуть придумати новий спосіб лікування раку.