Всички последователности на ДНК на изследваните от учените форми на живот 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 Zurich (Швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих). Важно е да се подчертае, че въпреки успешното получаване на генома C. ethensis-2.0 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 оптимизация на естествения код на бактерията Caulobacter crescentus — безвредна бактерия, която живее в сладка вода по целия свят.
Преди повече от десет години екипът, ръководен от генетика Крейг Вентър, създаде първата «синтетична» бактерия. По време на работата си учените синтезираха копие на генома на Mycoplasma mycoides, след което той беше имплантиран в клетка-приемник, която след това се оказа напълно жизнеспособна и запази способността си за саморазмножаване.
Новото изследване продължава работата на Крейгър. Ако преди учените създадоха цифрова модел на ДНК на реален организъм и на нейна база синтезираха молекула, новият проект отива по-далеч, използвайки оригиналния код на ДНК. Учените значително го преработиха, преди да синтезират и тестват работоспособността.
Изследователите започнаха с оригиналния геном на C. crescentus, който съдържа 4000 гена. Както при всички живи организми, огромна част от тези гени не носи никаква информация и представлява «мусорна ДНК». След анализа учените стигнаха до извода, че само около 680 от тях са необходими за поддържане на живота на бактерията в лабораторни условия.
След премахването на „мръсната ДНК“ и получаването на минималната генома на C. crescentus, екипът продължи работа. За ДНК на живите организми е характерно присъствието на вградена изобилие, което 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 по време на оптимизацията за премахване на дублиращия код.
„Благодарение на нашия алгоритъм, ние напълно презаписахме генома в нова последователност от букви ДНК, която вече не прилича на първоначалната“, казва Бит Кристен, съавтор на изследването. „Въпреки това, биологичната функция на ниво синтез на протеин остана без промяна.“
За да проверят дали получената верига ще работи правилно в жива клетка, изследователите отгледали щам бактерии, които имали в ДНК си както естествения геном Caulobacter, така и сегменти от изкуствения геном. Учените деактивирали отделни естествени гени и проверили способността на техните изкуствени аналози да изпълняват същата биологична роля. Резултатът се оказал доста впечатляващ: около 580 от 680 изкуствени гени се оказали работоспособни.
„Благодарение на придобитите знания, ще успеем да подобрим нашия алгоритъм и да разработим нова версия на генома 3.0“, казва Кристен. „Ние смятаме, че в близко бъдеще ще създадем живи бактериални клетки с напълно синтетичен геном.“
На първия етап такива изследвания ще помогнат на генетиците да проверят правилността на знанията си относно разбирането на ДНК и ролята на отделните гени в него, тъй като всяка грешка в синтеза на веригата ще доведе до това, че организмът с новия геном да загине или да бъде непълноценен. В бъдеще обаче те ще доведат до появата на синтетични микроорганизми, които ще се създават за предварително определени задачи. Изкуствените вируси ще могат да се борят с техните естествени събратя, а специализирани бактерии ще произвеждат витамини или лекарства.
Изследването беше публикувано в списание PNAS.
Източник: 3dnews.ru
