מזון מיוחד לחיידקים מהונדסים - חומצות אמינו מלאכותיות

למי שחושש שחיידקים מהונדסים יברחו לסביבה ויגרמו בה נזקים.

אחד הפחדים של מתנגדי ההנדסה הגנטית באשר היא, הוא החשש שיצורים מהונדסים "יברחו" מהמעבדה אל הסביבה ויגרמו בה לשינויים מהותיים. אנדרו אלינגטון (Ellington) ועמיתיו מאוניברסיטת טקסס החליטו לנסות לתת לכך מענה: חומרים שאינם קיימים בטבע שיש לספק לחיידקים המהונדסים כדי שיוכלו לתפקד ולהתרבות.

החוקרים הנדסו חיידקי Escherichia coli כך שהם יוכלו לגדול ולהתרבות בתנאי המעבדה רק בנוכחות חומצות אמינו מלאכותיות, שאינן נמצאות בטבע ומכונות חומצות אמינו לא-קָנוֹניות (noncanonical amino acids) ובקיצור NCAAs.

חיידקי Escherichia coli - לקראת סוף חלוקה, במיקרוסקופ אלקטרונים
צילום: CDC/ Evangeline Sowers, Janice Haney Carr

החיים המוכרים לנו על פני כדור הארץ מבוססים על קוד גנטי אחיד, שבו 64 קודונים, מהם 61  המקודדים ל-20 חומצות אמינו - המהוות את השלד של כל החלבונים, ושלושת הנותרים הם קודוני סיום. מלבד 20 חומצות אמינו אלו, מוכּרות עוד שתי חומצות אמיניות טבעיות, נדירות יותר. לכל חומצה אמינית טבעית מותאמת, באמצעות אנטיקודון, מולקולה של RNA נשא (tRNA) מיוחדת המובילה את חומצת האמינו לריבוזום, ושם נוצר קשר בין האנטיקודון של ה-tRNA לקודון המתאים שעל ה-RNA שליח וכך משתבצת חומצת האמינו במקום המיועד לה בחלבון הנבנה. 

אפשר במעבדה לשנות בצורה כימית חומצת אמינו טבעית, וכך מתקבלות חומצות אמינו שאינן טבעיות. כדי לשלב את חומצות האמינו הללו בחלבונים יש צורך להתאים להם RNA נשא עם אנטיקודון מתאים, ולדאוג לכך ש-RNA נשא זה יביא לריבוזום את חומצת האמינו החדשה.

אלינגטון וצוותו שינו את הגן המקודד יצירת אנזים המפרק פניצילינים (TEM-1 β-lactamase). הם שילבו בו חומצות אמינו סינתטיות, אותן התאימו לאחד מקודוני הסיום, ואותן הן סיפקו לחיידקים הגדלים במעבדה. שילוב חומצות האמינו הסינתטיות בגן גרם לאנזים לאבד את פעילותו, אך הם הצליחו לאתר גנים מוטנטיים שלמרות השילוב מייצרים אנזים מפרק פניצילין פעיל. את הגן המהונדס הם החדירו לחיידקי  E. coli רגישים לפניצילין, כך שבנוכחות פניצילין וחומצות אמינו סינתטיות במצע הגידול  - החיידקים יכולים להתקיים, אך בנוכחות פניצילין ובהעדר חומצות האמינו הסינתטיות החיידקים לא שורדים.

אכן הטכניקה עובדת, אך החוקרים יצטרכו ליישם אותה בגנים אחרים, חיוניים יותר, כי כרגע אותם חיידקים יכולים לברוח מהמעבדה ולשרוד ואף להתרבות - כל עוד אין פניצילין בשטח.

המאמר המקורי - מ- Nature chemical biology