Alle DNA-sekvenser af livsformer, der er studeret af videnskabsmænd, er gemt i en database, der ejes af National Center for Biotechnology Information i USA. Og den 1. april dukkede en ny post op i databasen: "Caulobacter ethensis-2.0." Dette er verdens første fuldt computermodellerede og derefter syntetiserede syntetiske genom af en levende organisme, udviklet af forskere fra ETH Zürich (ETH Zürich). Det skal dog understreges, at selvom genomet af C. ethensis-2.0 med succes blev opnået i form af et stort DNA-molekyle, eksisterer der endnu ikke en tilsvarende levende organisme.
Forskningsarbejdet blev udført af Beat Christen, professor i eksperimentel systembiologi, og hans bror Matthias Christen, kemiker. Det nye genom, kaldet Caulobacter ethensis-2.0, blev skabt ved at rense og optimere den naturlige kode for bakterien Caulobacter crescentus, en harmløs bakterie, der lever i ferskvand rundt om i verden.
For mere end ti år siden skabte et hold ledet af genetiker Craig Venter den første "syntetiske" bakterie. I løbet af deres arbejde syntetiserede forskere en kopi af Mycoplasma mycoides-genomet, hvorefter det blev implanteret i en bærercelle, som så viste sig at være fuldt levedygtig og beholdt evnen til at reproducere sig selv.
Den nye undersøgelse fortsætter Kreigers arbejde. Hvis tidligere videnskabsmænd skabte en digital model af DNA'et fra en rigtig organisme og syntetiserede et molekyle baseret på det, går det nye projekt videre ved at bruge den originale DNA-kode. Forskere omarbejdede det i vid udstrækning, før de syntetiserede det og testede dets funktionalitet.
Forskerne startede med det originale C. crescentus-genom, som indeholder 4000 gener. Som med alle levende organismer, bærer de fleste af disse gener ingen information og er "junk-DNA". Efter analysen kom forskerne til den konklusion, at kun omkring 680 af dem er nødvendige for at opretholde bakteriernes liv i laboratoriet.
Efter at have fjernet junk-DNA'et og opnået et minimalt genom af C. crescentus, fortsatte holdet deres arbejde. Levende organismers DNA er karakteriseret ved tilstedeværelsen af indbygget redundans, som består i, at syntesen af det samme protein kodes af forskellige gener i flere sektioner af kæden. Forskerne erstattede mere end 1/6 af de 800 DNA-bogstaver i en optimering for at fjerne dobbelt kode.
"Takket være vores algoritme har vi fuldstændigt omskrevet genomet til en ny sekvens af DNA-bogstaver, der ikke længere ligner originalen," siger Beat Christen, medforfatter af undersøgelsen. "Samtidig forblev den biologiske funktion på niveauet af proteinsyntese uændret."
For at teste, om den resulterende kæde ville fungere korrekt i en levende celle, dyrkede forskerne en bakteriestamme, der havde både det naturlige Caulobacter-genom og segmenter af det kunstige genom i sit DNA. Forskere slukkede individuelle naturlige gener og testede deres kunstige modparters evne til at udføre den samme biologiske rolle. Resultatet var ganske imponerende: omkring 580 ud af 680 kunstige gener viste sig at være funktionelle.
"Med den opnåede viden vil vi være i stand til at forbedre vores algoritme og udvikle en ny version af genomet 3.0," siger Kristen. "Vi tror på, at vi i den nærmeste fremtid vil skabe levende bakterieceller med et fuldstændig syntetisk genom."
I første fase vil sådanne undersøgelser hjælpe genetikere med at kontrollere nøjagtigheden af deres viden inden for forståelse af DNA og de enkelte geners rolle i det, da enhver fejl i syntesen af kæden vil føre til, at organismen med nyt genom vil dø eller være defekt. I fremtiden vil de føre til fremkomsten af syntetiske mikroorganismer, der vil blive skabt til forudbestemte opgaver. Kunstige vira vil være i stand til at bekæmpe deres naturlige slægtninge, og særlige bakterier vil producere vitaminer eller medicin.
Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet PNAS.
Kilde: 3dnews.ru