Всички последователности на ДНК на изследваните от учени живи организми се съхраняват в база данни, принадлежаща на Националния център за биотехнологична информация в САЩ. И на 1 април в базата данни се появи нов запис: «Caulobacter ethensis-2.0». Това е първият в света напълно моделиран на компютър и след това синтезиран синтетичен геном на жив организъм, разработен от учени от ETH Цюрих (Швейцарския федерален институт по технологии в Цюрих). Важно е да се подчертае, че въпреки че геномът C. ethensis-2.0 успешно беше получен под формата на голяма молекула ДНК, съответстващият жив организъм все още не съществува.
Изследователската работа беше проведена от Бит Кристен, професор по експериментална системна биология, и неговия брат Маттиас Кристен — химик. Новият геном, наречен Caulobacter ethensis-2.0, беше създаден чрез пречистване и оптимизиране на естествения код на бактерията Caulobacter crescentus — безвредна бактерия, живееща в сладководни водоеми по целия свят.
Преди повече от десет години екип под ръководството на генетика Крейг Вентър създаде първата «синтетична» бактерия. В хода на своята работа учените синтезираха копие на генома Mycoplasma mycoides, след което той беше имплантиран в носеща клетка, която след това се оказа напълно жизнеспособна и запази способността за самовъзпроизводство.
Новото изследване продължава работата на Крейгър. Ако по-рано учените създадоха цифрова модел на ДНК на реален организъм и на негова основа синтезираха молекула, новият проект върви по-далеч, използвайки оригиналния ДНК код. Учените значително го преработиха, преди да го синтезират и проверят работоспособността.
Изследователите започнаха с оригиналния геном C. crescentus, който съдържа 4000 гена. Както при всички живи организми, голяма част от тези гени не носи никаква информация и е «мъртва ДНК». След проведен анализ учените стигнаха до заключението, че само около 680 от тях са необходими за поддържане на живота на бактерията в лаборатория.
След като премахнаха "мъртвата ДНК" и получиха минималния геном на C. crescentus, екипът продължи работата си. За ДНК на живите организми е характерно наличието на вградена излишност, която се състои в това, че синтезът на един и същи протеин се кодира от различни гени на няколко места в веригата. Изследователите замениха над 1/6 от 800 000 букви на ДНК в хода на оптимизацията, като премахнаха дублиращия код.
"С нашия алгоритъм напълно пренаписахме генома в нова последователност от букви ДНК, която вече не прилича на оригиналната", казва Бит Кристен, съавтор на изследването. "Въпреки това биологичната функция на ниво синтез на протеин остана непроменена."
За да проверят дали получената верига ще работи правилно в жива клетка, изследователите отгледаха щам бактерии, които имаха както естествен геном Caulobacter, така и сегменти от изкуствения геном. Учените изключваха отделни естествени гени и проверяваха способността на техните изкуствени аналози да изпълняват същата биологична роля. Резултатът беше доста впечатляващ: около 580 от 680 изкуствени гена се оказаха работоспособни.
"Благодарение на получените знания, ние ще можем да подобрим нашия алгоритъм и да разработим нова версия на генома 3.0", казва Кристен. "Смятаме, че в близко бъдеще ще създадем живи бактериални клетки с напълно синтетичен геном."
В първия етап подобни изследвания ще помогнат на генетиците да проверят точността на познанията си за ДНК и ролята на отделните гени в нея, като всяка грешка в синтеза на веригата ще доведе до смърт или непълноценност на организма с новия геном. В бъдеще те ще доведат до появата на синтетични микроорганизми, които ще създават за предварително определени задачи. Изкуствени вируси ще могат да се борят с техните естествени родственици, а специални бактерии ще произвеждат витамини или лекарства.
Изследването беше публикувано в списанието PNAS.
Източник: 3dnews.ru
