Mae'r holl ddilyniannau DNA o ffurfiau bywyd a astudir gan wyddonwyr yn cael eu storio mewn cronfa ddata sy'n eiddo i'r Ganolfan Genedlaethol ar gyfer Gwybodaeth Biotechnoleg yn yr Unol Daleithiau. Ac ar Ebrill 1, ymddangosodd cofnod newydd yn y gronfa ddata: “Caulobacter ethensis-2.0.” Dyma genom synthetig organeb fyw sydd wedi'i fodelu'n gyfan gwbl gyntaf yn y byd ac yna wedi'i syntheseiddio, a ddatblygwyd gan wyddonwyr o ETH Zurich (ETH Zurich). Fodd bynnag, dylid pwysleisio, er bod genom C. ethensis-2.0 wedi'i gael yn llwyddiannus ar ffurf moleciwl DNA mawr, nid yw organeb byw cyfatebol yn bodoli eto.
Gwnaethpwyd y gwaith ymchwil gan Beat Christen, athro bioleg systemau arbrofol, a'i frawd Matthias Christen, fferyllydd. Crëwyd y genom newydd, o'r enw Caulobacter ethensis-2.0, trwy lanhau ac optimeiddio cod naturiol y bacteriwm Caulobacter crescentus, bacteriwm diniwed sy'n byw mewn dŵr ffres ledled y byd.
Fwy na degawd yn ôl, fe greodd tîm dan arweiniad y genetegydd Craig Venter y bacteriwm “synthetig” cyntaf. Yn ystod eu gwaith, fe wnaeth gwyddonwyr syntheseiddio copi o genom Mycoplasma mycoides, yna cafodd ei fewnblannu i gell cludo, a oedd wedyn yn gwbl hyfyw ac yn cadw'r gallu i atgynhyrchu ei hun.
Mae'r astudiaeth newydd yn parhau â gwaith Kreiger. Pe bai gwyddonwyr o'r blaen wedi creu model digidol o DNA organeb go iawn a syntheseiddio moleciwl yn seiliedig arno, mae'r prosiect newydd yn mynd ymhellach, gan ddefnyddio'r cod DNA gwreiddiol. Ail-weithiodd gwyddonwyr ef yn helaeth cyn ei syntheseiddio a phrofi ei ymarferoldeb.
Dechreuodd yr ymchwilwyr gyda'r genom C. crescentus gwreiddiol, sy'n cynnwys 4000 o enynnau. Fel gydag unrhyw organebau byw, nid yw'r rhan fwyaf o'r genynnau hyn yn cario unrhyw wybodaeth ac maent yn “DNA sothach”. Ar ôl y dadansoddiad, daeth gwyddonwyr i'r casgliad mai dim ond tua 680 ohonynt sy'n angenrheidiol i gynnal bywyd bacteria yn y labordy.
Ar ôl tynnu'r DNA sothach a chael genom lleiaf posibl o C. crescentus, parhaodd y tîm â'u gwaith. Nodweddir DNA organebau byw gan bresenoldeb diswyddo adeiledig, sy'n cynnwys y ffaith bod synthesis yr un protein yn cael ei amgodio gan wahanol enynnau mewn sawl rhan o'r gadwyn. Disodlodd yr ymchwilwyr fwy nag 1/6 o'r 800 o lythyrau DNA mewn optimeiddio i ddileu cod dyblyg.
“Diolch i’n halgorithm, rydym wedi ailysgrifennu’r genom yn llwyr i ddilyniant newydd o lythrennau DNA nad yw bellach yn debyg i’r gwreiddiol,” meddai Beat Christen, cyd-awdur arweiniol yr astudiaeth. “Ar yr un pryd, arhosodd y swyddogaeth fiolegol ar lefel synthesis protein yn ddigyfnewid.”
Er mwyn profi a fyddai'r gadwyn ddilynol yn gweithio'n iawn mewn cell fyw, tyfodd yr ymchwilwyr straen o facteria a oedd â'r genom Caulobacter naturiol a segmentau o'r genom artiffisial yn ei DNA. Fe wnaeth gwyddonwyr ddiffodd genynnau naturiol unigol a phrofi gallu eu cymheiriaid artiffisial i gyflawni'r un rôl fiolegol. Roedd y canlyniad yn eithaf trawiadol: roedd tua 580 allan o 680 o enynnau artiffisial yn ymarferol.
“Gyda’r wybodaeth a gafwyd, byddwn yn gallu gwella ein halgorithm a datblygu fersiwn newydd o’r genom 3.0,” meddai Kristen. “Credwn yn y dyfodol agos y byddwn yn creu celloedd bacteriol byw gyda genom cwbl synthetig.”
Yn y cam cyntaf, bydd astudiaethau o'r fath yn helpu genetegwyr i wirio cywirdeb eu gwybodaeth yn y maes deall DNA a rôl genynnau unigol ynddo, gan y bydd unrhyw gamgymeriad yn synthesis y gadwyn yn arwain at y ffaith bod yr organeb gyda'r bydd genom newydd yn marw neu'n ddiffygiol. Yn y dyfodol, byddant yn arwain at ymddangosiad micro-organebau synthetig a fydd yn cael eu creu ar gyfer tasgau a bennwyd ymlaen llaw. Bydd firysau artiffisial yn gallu ymladd yn erbyn eu perthnasau naturiol, a bydd bacteria arbennig yn cynhyrchu fitaminau neu feddyginiaethau.
Cyhoeddwyd yr astudiaeth yn y cyfnodolyn PNAS.
Ffynhonnell: 3dnewyddion.ru