Naukowcom z Columbia University, Massachusetts Institute of Technology i Harvard University udało się stworzyć szczep E. coli zawierający zaledwie 19 aminokwasów, usuwając izoleucynę z rybosomu. Oznacza to pierwszy znany organizm posiadający mniej niż 20 uniwersalnych aminokwasów. Odkrycia opublikowano w ramach badania w czasopiśmie Science i stanowią znaczący postęp w biologii syntetycznej i badaniu początków życia.
Badanie sugeruje, że na początku życia mogło zużywać się mniej aminokwasów niż współczesne organizmy. Wcześniej naukowcy teoretyzowali taką możliwość, ale nie wykazali jej w praktyce. Decyzję o usunięciu izoleucyny podjęto ze względu na jej chemiczne podobieństwo do leucyny i waliny, co czyni ją najbardziej wymiennym aminokwasem.
Naukowcy zmodyfikowali rybosom, który składa się z białek, zastępując 382 elementy składowe izoleucyny, zachowując jednocześnie jego integralność funkcjonalną. To podejście jest innowacyjne, ponieważ dotychczasowe wysiłki w zakresie modyfikacji genetycznych skupiały się wyłącznie na dodawaniu aminokwasów, a nie na ich usuwaniu.
Projekt eksperymentu obejmował modele języka białek AI w celu przewidywania potencjalnych substytutów izoleucyny i szybkiego analizowania kombinacji. Z 50 stworzonych szczepów E. coli 18 mogło normalnie rosnąć pomimo braku izoleucyny. Kolejna faza polegała na połączeniu 21 przepisanych białek rybosomalnych w jeden szczep E. coli, który wykazywał wolniejszy wzrost niż szczepy niezmodyfikowane.
Harris Wang, biolog systemowy i syntetyczny na Uniwersytecie Columbia, przyznał, że całkowite wyeliminowanie aminokwasu z rybosomu jest złożonością, opisując to jako „prawie najtrudniejszą rzecz, o jakiej można pomyśleć”.
Badania wskazują, że podstawowe systemy biologiczne mogą tolerować znaczące zakłócenia genetyczne, co potwierdza teorie mówiące, że mogły istnieć prostsze formy życia. Ponadto otwiera możliwości konstruowania organizmów syntetycznych dostosowanych do specjalistycznych zastosowań medycznych i opieki zdrowotnej.
Odkrycia mogą prowadzić do rozwoju organizmów zależnych od niekonwencjonalnych chemii, zwiększając ochronę biologiczną. W przyszłości modyfikacja genetyczna wspomagana sztuczną inteligencją może również ułatwić projektowanie form życia dostosowanych do ekstremalnych środowisk, takich jak siedliska kosmiczne, gdzie nie wszystkie aminokwasy mogą być dostępne.
