Некоторые бактерии используют в фармацевтике как крошечные лаборатории, которые производят малые молекулы и биологические соединения – основу медикаментов. Среди них – E. coli, или просто кишечная палочка, которую применяют для создания почти двух десятков препаратов, включая инсулин. Хотя живые организмы оказываются выгоднее сложного химического синтеза, у них есть слабое место – они уязвимы для вирусов.

– Вирусное заражение в клеточных культурах остается реальным риском с серьезными последствиями: за последние четыре десятилетия в фармацевтической промышленности были зафиксированы десятки таких случаев, – отмечает команда генетиков из Гарвардской медицинской школы.

– Мы разработали технологию создания организма, который не может быть заражен ни одним известным вирусом, – сообщил старший автор исследования Акос Ньергес. – Мы не нашли вирус, который мог бы его разрушить.

Полученный результат основан на более ранних попытках создать подобный организм. Так, в 2022 году группа генетиков из Кембриджского университета модифицировала E. coli, чтобы сделать ее устойчивой к вирусному заражению. Однако Ньергес с коллегами экспериментально опроверг их достижение: ученые взяли пробы в местах, изобилующих кишечной палочкой, – курятниках, крысиных гнездах, сточных водах и др., – и вирусы, обнаруженные в них, смогли поразить бактерии, модифицированные в Кембридже.

Первые попытки перепрограммирования кишечной палочки подразумевали получение всех ее жизнеобеспечивающих белков из 61 набора строительных блоков – их называют кодонами – вместо 64, встречающихся в природе. Идея состояла в том, что вирусы не смогли бы захватить клетки, так как не могли бы размножаться без недостающих кодонов. Однако команда исследователей из Гарварда установила, что удаления кодонов для этого недостаточно: некоторые вирусы способны обеспечить свой строительный материал.

Ньергес с коллегами предложил иной способ, задействовав трансферную РНК (тРНК). Роль каждой тРНК заключается в распознавании определенного кодона и добавлении соответствующей аминокислоты к строящемуся белку. Например, кодон TCG сообщает соответствующей тРНК присоединить аминокислоту серин. В этом случае кембриджская команда удалила TCG вместе с кодоном TCA, тоже содержащим серин, а также соответствующие тРНК.

Гарвардская же команда добавила вместо них новые тРНК: когда они распознают TCG и TCA, то добавляют аминокислоту лейцин вместо серина. И когда вторгшийся вирус вводит свой собственный генетический код с TCG и TCA и вынуждает бактерию E. coli производить вирусные белки, эти новые тРНК путают все планы вируса: добавление неправильных аминокислот (лейцина вместо серина) приводит к формированию нефункциональных вирусных белков. Это означает, что вирус не может размножаться и заражать новые клетки.

Вирусы, однако, снабжены своими собственными тРНК. Они все еще могут точно превращать TCG и TCA в серин. Но Ньергес и его коллеги показали, что введенные ими тРНК-«обманщики» превосходят вирусные аналоги. По словам ученых, преодоление перестановки кодонов потребует от вируса одновременного развития десятков специфических мутаций, что очень маловероятно для естественной эволюции.

– Любые модифицированные тРНК, которые ускользают, далеко не уйдут, потому что они токсичны для природных организмов, – объясняет Ньергес.

Бактерии, невосприимчивые к вирусам, таким образом, могут существовать и использоваться только в лабораторных условиях.