Genetik kod, yaşamın evrensel dilidir - her üç DNA bazının 20 amino asitten birini kodladığı düzenli bir sistem ve Dünya üzerindeki her canlı milyarlarca yıldır aynı 20 harfli alfabeyi kullanıyor. Ancak Columbia ve Harvard'dan bir ekip, görünüşe göre fikir birliğinden sıkılmış, bu amino asitlerden birini kovup kovamayacaklarını görmeye karar verdi. Spesifik olarak, izolösin olmadan çalışan bir ribozom parçası tasarladılar - proteinlerin su itici iç kısımlarında saklamayı sevdiği hidrofobik yapı taşlarından biri.

Neden uğraşsınlar? Bu alandaki çoğu araştırmacı, havalı kimyalar yapmak için yeni amino asitler eklemekle meşgul, çıkarmakla değil. Ancak Columbia-Harvard ekibinin daha varoluşsal bir sorusu var: Yaşamın son evrensel ortak atasından önce, organizmalar muhtemelen daha küçük genetik kodlar ve proteinler ile katalitik RNA'ların bir karışımıyla deneyler yapıyordu. Katalitik RNA'ları bolca inceledik, ancak azaltılmış bir amino asit setiyle hangi kimyanın mümkün olduğu hakkında çok az şey biliyoruz. Ayrıca, yapay zeka araçlarının, Taylor Swift hâlâ bir country şarkıcısıyken olduğundan daha gerçekçi hale geldiğini belirtiyorlar.

İzolösin, kurban edilen amino asit olarak seçildi çünkü tipik olarak proteinlerin içinde saklanan, birbirine çok benzeyen üç hidrofobik, sadece karbon ve hidrojenden oluşan dallı amino asitten (lösin ve valin ile birlikte) biri. E. coli genomunun bir analizi, izolösinin türler arasında ilgili proteinlerde en sık başka bir amino asitle değiştirilen amino asit olduğunu doğruladı. Araştırmacılar sordu: Gerçekten ona ihtiyacımız var mı?

Yaklaşık 4.500 E. coli geninin tamamını aynı anda düzenlemek intihar görevi olurdu, bu yüzden küçük başladılar. 36 temel gen aldılar ve her izolösini valin ile değiştirdiler. Bu genlerin 22'si için değişim hücreleri öldürdü. Ancak 17 gen hayatta kaldı - bunlardan biri 45 farklı pozisyonda izolösin değiştirilmişti. Hayatta kalanlar daha yavaş büyüdü. Bu tema tekrarlayacaktı.

Ekip, izolösinsiz bir ribozom tasarlamaya odaklandı - mRNA'yı proteine çeviren devasa protein-RNA kompleksi, esasen bir canlı hücreyi genomundan başlatan donanım. 50 ayrı ribozomal protein geninde izolösini valin ile değiştirdiler. On sekizi iyi çalıştı, 19'u daha yavaş büyüdü ve 13'ü ölümcüldü. Daha sonra, azaltılmış uygunluğa sahip 32 gen için izolösin içermeyen alternatif diziler önermek üzere derin öğrenme protein tasarım yazılımı kullandılar.

Dört farklı AI paketiyle yapılan yinelemeli testler, bu 32 proteinin 25'i için çalışabilir diziler üretti. Kalan beş için, izolösin pozisyonlarında değişiklik yapmaya zorladılar ve yazılımın telafi etmek için yakındaki amino asitleri yeniden tasarlamasına izin verdiler. Bu, beş sorunlu proteinden dördü için işe yaradı.

Tüm bu yeniden tasarlanmış proteinlerin işlevsel bir ribozomu gerçekten birleştirip birleştiremeyeceğini test etmek için araştırmacılar, genleri 10.000 bazlık bir DNA parçası üzerinde uygun bir şekilde kümelenmiş olan küçük alt birimin 21 proteinini hedef aldı. Bir uçtan başlayarak, 10 geni sorunsuz bir şekilde değiştirdiler. 21'in 17'sini değiştirmek büyümeyi yavaşlattı. 18'ini değiştirmek hücreleri tamamen öldürdü. Diğer yönden çalışarak, aynı sorunlu gene çarptılar: rplW. rplW'ye dokunulmazken diğer 20 geni değiştirmek, normal E. coli'nin yaklaşık yüzde 70'i oranında büyüyen hücreler üretti.

Daha yakından bakıldığında, AI, rplW'deki izolösin değişikliklerini yakındaki amino asitlerin küçük parçalarını silerek telafi etmişti - tek başına işe yarayan ancak diğer tüm değişikliklerle kombinasyon halinde çalışmayan bir düzeltme. Bu yüzden ekip kaba kuvvet uyguladı: rplW'deki dört izolösin pozisyonu için alternatif amino asitlerin her kombinasyonunu test ettiler (toplam 16 tasarım). Bir tasarım, izolösinsiz küçük alt birimi tamamladı ve ortaya çıkan suş, düzenlenmemiş hücrelerin yaklaşık yüzde 60'ı kadar hızlı büyüdü. 400 nesil sonra, hücreler 20-30 mutasyon biriktirdi, ancak hiçbiri herhangi bir ribozomal proteine bir izolösin geri getirmedi.

Dikkat çekici bir şekilde, bu yeniden tasarlanmış rplW'yi genoma geri koyarsanız...