Tim sa Columbia University iskoristio je AI i ciljane genomske izmene da proveri može li Escherichia coli opstati bez jedne od standardnih 20 aminokiselina. Isoleucin je uspešno izostavljen iz 21 ribosomskog proteina, a modifikovani soj je preživeo više od 450 generacija, iako je rast bio usporen. Organizmu je i dalje potreban isoleucin u drugim delovima genoma, pa konačan cilj — živi mikroorganizam sa samo 19 aminokiselina — još nije ostvaren. Rad otvara mogućnosti za napredak u sintetičkoj biologiji i razumevanju ranog života.
Naučnici Promenili Temeljni Kod Života — E. coli Preživela Bez Isoleucina U 21 Ribosomskom Proteinu
Scientists Changed a Lifeform’s Fundamental CodeJosh Hawley - Getty Images
Život kakav poznajemo koristi najmanje 20 kanonskih aminokiselina za izgradnju proteina. Kako je taj broj nastao tokom rane evolucije i da li je nekada postojao „uži alfabet“ aminokiselina ostaju otvorena pitanja. Tim sa Columbia University iskoristio je veštačku inteligenciju i ciljane genomske izmene da ispita koliko se savremeni organizam može približiti životu sa samo 19 aminokiselina.
Šta su uradili istraživači
Istraživači su se fokusirali na ribosome Escherichia coli — ćelijske mašine koje sastavljaju proteine. Ribosom E. coli sastoji se od oko 52 proteinske komponente, a tim je započeo zamenom isoleucina drugim sličnim aminokiselinama (poput valina i leucina) u niz gena koji kodiraju ribosomske proteine. Početni planovi uključivali su izmene u stotinama hiljada lokacija u genomu ako bi cilj bio da se isoleucin potpuno izbaci iz celokupne ćelije; da bi skratili put, istraživači su prvo radili na ribosomima.
Većina direktnih zamenа isoleucina valinom je dovodila do problema u rastu ili smrti ćelija. Zato su istraživači obučili specijalizovane protein language modele — AI alate koji predviđaju kako aminoacidne sekvence utiču na strukturu i funkciju proteina. Algoritmi su generisali "neintuitivne" sekvence koje su potom testirane u laboratoriji kao kompenzacione varijante.
„Više linija dokaza sugeriše izvodljivost života sa užim alfabetom aminokiselina... računarsko modeliranje sugeriše da je 9–12 aminokiselina dovoljno za konstrukciju većine preklopa proteina.“
Rezultati
Nakon više iteracija, tim je uspeo da dizajnira varijantu E. coli u kojoj je isoleucin izostavljen iz 21 ribosomskog proteina. Taj soj je rastao nešto sporije od uobičajenih sojeva, ali je ostao stabilan bez vraćanja izmena i razmnožavao se više od 450 generacija sa modifikovanim ribosomom.
Važno je naglasiti da organizam još uvek nije potpuno nezavisan od isoleucina: većina ostatka genoma i dalje zahteva isoleucin, pa konačan cilj — živi mikroorganizam koji funkcioniše sa samo 19 aminokiselina — još nije ostvaren. Procene pune zamene u celom genomu govore o naizgled ogromnom zadatku koji bi zahtevao izmene na desetine hiljada pozicija.
Zašto je ovo važno
Rad pokazuje da je moguće drastično smanjiti upotrebu jedne od standardnih aminokiselina u ključnim proteinskim mašinama pomoću kombinacije proračuna i laboratorijskih testova. Takva kontrola može imati primene u sintetičkoj biologiji, biotehnologiji i razvoju sigurnijih ili specijalizovanih bioloških sistema. Takođe, daje eksperimentalne naznake o tome kako su se rani oblici života mogli prilagoditi ograničenom skupu gradivnih elemenata i kakve oblike života možemo očekivati na drugim planetama.
Šta sledi
Istraživači planiraju dalje proširivanje pristupa — više ciljnih izmena, bolji AI modeli i sistematsko testiranje funkcionalnosti u drugim delovima genoma — kako bi se približili stvaranju organizma koji zaista funkcioniše sa 19 aminokiselina. Rad predstavlja značajan korak, ali i podseća na kompleksnost i oprez potreban pri inženjeringu živih sistema.
Pomozite nam da budemo bolji.
