Všechny sekvence DNA zkoumaných forem života jsou uloženy v databázi patřící Národnímu centru biotechnologických informací v USA. A 1. dubna se v databázi objevila nová položka: „Caulobacter ethensis-2.0“. To je první na světě plně simulační, na počítači zpracovaný a poté syntetizovaný syntetický genom živého organismu, vyvinutý vědci z ETH Zurich. Je však třeba zdůraznit, že ačkoliv byl genom C. ethensis-2.0 úspěšně získán ve formě velké molekuly DNA, příslušný živý organismus dosud neexistuje.
Výzkum provedli Bit Kristen, profesor experimentální systémové biologie, a jeho bratr Matthias Kristen, chemik. Nový genom, nazvaný Caulobacter ethensis-2.0, byl vytvořen čištěním a optimalizací přirozeného kódu bakterie Caulobacter crescentus, neškodné bakterie žijící ve sladkých vodách po celém světě.
Před více než deseti lety tým pod vedením genetiky Craiga Ventera vytvořil první „syntetickou“ bakterii. Během své práce vědci syntetizovali kopii genomu Mycoplasma mycoides, která byla poté implantována do nosné buňky, která se ukázala jako plně životaschopná a zachovala si schopnost se reprodukovat.
Nový výzkum pokračuje v práci Kraigera. Zatímco dříve vědci vytvořili digitální model DNA skutečného organismu a na jeho základě syntetizovali molekulu, nový projekt jde dál a využívá originální kód DNA. Vědci ho významně přepracovali, než ho syntetizovali a otestovali jeho funkčnost.
Vědci začali s originálním genem C. crescentus, který obsahuje 4000 genů. Jako u všech živých organismů, většina těchto genů nenese žádné informace a je považována za „odpadní DNA“. Po provedené analýze vědci dospěli k závěru, že pouze přibližně 680 z nich je nezbytných pro udržení života bakterie v laboratoři.
Po odstranění „odpadní DNA“ a získání minimálního genomu C. crescentus tým pokračoval v práci. DNA živých organismů se vyznačuje integrovanou nadbytečností, což znamená, že syntéza stejného proteinu je kódována různými geny na několika místech řetězce. Výzkumníci vyměnili více než 1/6 z 800 000 písmen DNA během optimalizace zaměřené na odstranění duplicitního kódu.
„Díky našemu algoritmu jsme zcela přepracovali genom do nové sekvence písmen DNA, která už není podobná původní,“ říká Bit Kristen, spoluautor výzkumu. „Biologická funkce na úrovni syntézy proteinu však zůstala nezměněna.“
Aby ověřili, zda získaný řetězec bude fungovat správně v živé buňce, výzkumníci vypěstovali kmen bakterií, které měly ve své DNA jak přirozený genom Caulobacter, tak segmenty umělého genomu. Vědci deaktivovali jednotlivé přirozené geny a testovali schopnost jejich umělých analogů vykonávat stejnou biologickou roli. Výsledek byl poměrně impozantní: přibližně 580 z 680 umělých genů se ukázalo jako funkčních.
„Díky získaným znalostem budeme moci vylepšit náš algoritmus a vyvinout novou verzi genomu 3.0,“ říká Kristen. „Věříme, že v blízké budoucnosti vytvoříme živé bakteriální buňky s plně syntetickým genomem.“
V první fázi takové výzkumy pomohou genetikům ověřit správnost jejich znalostí o pochopení DNA a roli jednotlivých genů v ní, neboť jakákoliv chyba při syntéze řetězce povede k tomu, že organismus s novým genomem zemře nebo bude neúplný. V budoucnu však povedou k vzniku syntetických mikroorganismů, které budou vytvářeny pro předem stanovené úkoly. Umělé viry budou schopny bojovat se svými přirozenými protějšky a speciální bakterie budou produkovat vitamíny či léky.
Studie byla publikována v časopise PNAS.
Zdroj: 3dnews.ru
