Alle DNA-Sequenzen der von Wissenschaftlern untersuchten Lebensformen werden in einer Datenbank des National Center for Biotechnology Information in den Vereinigten Staaten gespeichert. Und am 1. April erschien ein neuer Eintrag in der Datenbank: „Caulobacter ethensis-2.0“. Dabei handelt es sich um das weltweit erste vollständig computermodellierte und anschließend synthetisierte synthetische Genom eines lebenden Organismus, das von Wissenschaftlern der ETH Zürich (ETH Zürich) entwickelt wurde. Es sollte jedoch betont werden, dass das Genom von C. ethensis-2.0 zwar erfolgreich in Form eines großen DNA-Moleküls gewonnen werden konnte, ein entsprechender lebender Organismus jedoch noch nicht existiert.
Die Forschungsarbeiten wurden von Beat Christen, Professor für experimentelle Systembiologie, und seinem Bruder Matthias Christen, einem Chemiker, durchgeführt. Das neue Genom namens Caulobacter ethensis-2.0 wurde durch die Reinigung und Optimierung des natürlichen Codes des Bakteriums Caulobacter crescentus geschaffen, einem harmlosen Bakterium, das in Süßwasser auf der ganzen Welt lebt.
Vor mehr als einem Jahrzehnt schuf ein Team um den Genetiker Craig Venter das erste „synthetische“ Bakterium. Im Laufe ihrer Arbeit synthetisierten Wissenschaftler eine Kopie des Mycoplasma mycoides-Genoms und implantierten es dann in eine Trägerzelle, die sich dann als voll lebensfähig erwies und die Fähigkeit zur Selbstreproduktion behielt.
Die neue Studie führt Kreigers Arbeit fort. Wenn Wissenschaftler zuvor ein digitales Modell der DNA eines echten Organismus erstellt und darauf basierend ein Molekül synthetisiert haben, geht das neue Projekt noch einen Schritt weiter und verwendet den ursprünglichen DNA-Code. Wissenschaftler haben es umfassend überarbeitet, bevor sie es synthetisierten und seine Funktionalität testeten.
Die Forscher begannen mit dem ursprünglichen C. crescentus-Genom, das 4000 Gene enthält. Wie bei allen lebenden Organismen tragen die meisten dieser Gene keine Informationen und sind „Junk-DNA“. Nach der Analyse kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass nur etwa 680 davon notwendig sind, um das Leben der Bakterien im Labor aufrechtzuerhalten.
Nachdem die Junk-DNA entfernt und ein minimales Genom von C. crescentus erhalten worden war, setzte das Team seine Arbeit fort. Die DNA lebender Organismen zeichnet sich durch das Vorhandensein einer eingebauten Redundanz aus, die darin besteht, dass die Synthese desselben Proteins von verschiedenen Genen in mehreren Abschnitten der Kette kodiert wird. Die Forscher ersetzten mehr als ein Sechstel der 1 DNA-Buchstaben in einer Optimierung, um doppelten Code zu entfernen.
„Dank unseres Algorithmus haben wir das Genom komplett in eine neue DNA-Buchstabensequenz umgeschrieben, die dem Original nicht mehr ähnelt“, sagt Beat Christen, Co-Erstautor der Studie. „Gleichzeitig blieb die biologische Funktion auf der Ebene der Proteinsynthese unverändert.“
Um zu testen, ob die resultierende Kette in einer lebenden Zelle ordnungsgemäß funktionieren würde, züchteten die Forscher einen Bakterienstamm, dessen DNA sowohl das natürliche Caulobacter-Genom als auch Abschnitte des künstlichen Genoms enthielt. Wissenschaftler schalteten einzelne natürliche Gene aus und testeten die Fähigkeit ihrer künstlichen Gegenstücke, die gleiche biologische Rolle zu übernehmen. Das Ergebnis war durchaus beeindruckend: Etwa 580 der 680 künstlichen Gene erwiesen sich als funktionsfähig.
„Mit den gewonnenen Erkenntnissen können wir unseren Algorithmus verbessern und eine neue Version des Genoms 3.0 entwickeln“, sagt Kristen. „Wir glauben, dass wir in naher Zukunft lebende Bakterienzellen mit einem vollständig synthetischen Genom erschaffen werden.“
In der ersten Phase werden solche Studien Genetikern helfen, die Genauigkeit ihres Wissens auf dem Gebiet des Verständnisses der DNA und der Rolle einzelner Gene darin zu überprüfen, da jeder Fehler in der Synthese der Kette dazu führt, dass der Organismus mit der Neues Genom wird sterben oder defekt sein. Sie werden in Zukunft zur Entstehung synthetischer Mikroorganismen führen, die für vorgegebene Aufgaben geschaffen werden. Künstliche Viren können ihre natürlichen Verwandten bekämpfen und spezielle Bakterien produzieren Vitamine oder Medikamente.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.
Source: 3dnews.ru