Kõik DNA järjestused uuritud eluvormide kohta hoitakse USA Rahvusliku Biotehnoloogiliste Informatsioonide Keskuse andmebaasis. 1. aprillil avaldati andmebaasis uus kanne: "Caulobacter ethensis-2.0". See on esimene maailmas täielikult arvutis modelleeritud ja seejärel sünteesitud sünteetiline genoom elusorganismist, mis on välja töötatud ETH Zürich (Zürüchi Tehnikaülikool) teadlaste poolt. Siiski tuleb rõhutada, et kuigi C. ethensis-2.0 genoom saadi edukalt suurena DNA molekulina, ei eksisteeri vastavat elusorganismi veel.
Uurimistööd viisid läbi Bit Kristen, eksperimentaalse süsteemibioloogia professor, ja tema vend Mattias Kristen — keemik. Uus genoom, nimetatud Caulobacter ethensis-2.0, loodi, puhastades ja optimeerides looduslikku koodi bakterist Caulobacter crescentus — kahjutust bakterist, mis elab värskes vees üle kogu maailma.
Üle 10 aasta tagasi lõi geneetik Craig Venter juhtimisel meeskond esimese "sünteetilise" bakteri. Oma töös sünteesiti Mycoplasma mycoides genoomi koopia, mis seejärel implanteeriti kandurirakku, mis pärast seda osutus täiesti elujõuliseks ja säilitas isetoomise võime.
Uus uurimus jätkab Kreigeri tööd. Kui varem lõid teadlased reaalse organismi DNA digitaalse mudeli ja selle alusel sünteesiti molekul, siis uus projekt läheb veelgi kaugemale, kasutades originaali DNA koodi. Teadlased töötasid selle oluliselt ümber, enne kui sünteesisid ja testisid selle toimimist.
Uurijad alustasid originaalset genoomi C. crescentus, mis sisaldab 4000 geeni. Nagu igas elusorganismis, ei kanna enamik neist geenidest mingit teavet ja need on „prügi DNA“. Pärast analüüsi järeldasid teadlased, et ainult umbes 680 neist on vajalikud bakterite elu toetamiseks laboris.
Pärast „prügi DNA“ eemaldamist ja C. crescentus minimaalsete genoomide saamist jätkas meeskond oma tööd. Elusorganismide DNA-d iseloomustab sisemine üleliigne struktuur, mille kohaselt sama valgusünteesi kodeerivad erinevad geenid mitmes kohas ahelas. Uurijad asendasid üle 1/6 800 000 DNA tähe optimeerimise käigus, et eemaldada dubleerivat koodi.
„Meie algoritmi abil kirjutati genoom täielikult ümber uue DNA tähestiku järjestusse, mis ei meenuta enam algset,“ ütleb Bit Kristen, uurimistöö kaasautor. „Siiski jäi bioloogiline funktsioon valgusünteesi tasandil muutumatuks.“
Kuna uue ahela töövõimet kontrollimiseks kasvatati bakterist, mille DNA-s olid nii looduslik Caulobacter geneetika kui ka kunstlikud genoomi osad. Teadlased kõrvaldasid eraldi looduslikud geenid ning kontrollisid, kas nende kunstlikud analoogid suudavad sama bioloogilist rolli täita. Tulemused olid piisavalt muljetavaldavad: umbes 580 680-st kunstlikust geenist olid toimivad.
„Saadud teadmiste põhjal saame oma algoritmi täiustada ning välja töötada genoomi versiooni 3.0,“ ütleb Kristen. „Usume, et lähitulevikus loome elusaid bakterirakke, millel on täielikult sünteesitud genoom.“
Esimeses etapis aitavad sellised uurimistööd geneetikute teadmiste õigustamisel DNA mõistmise ja sellegeneetika rolli osas, kuna igasugune viga ahela sünteesis toob kaasa selle, et uue genoomiga organism sureb või jääb väärkasutusele. Tulevikus võivad need viia sünteetiliste mikroorganismide loomiseni, mis on loodud eelnevalt määratletud ülesannete täitmiseks. Kunstlikud viirused saavad võidelda nende looduslike vastega, samas kui spetsiaalne bakteritüvi toodab vitamiine või ravimeid.
Uuring avaldati ajakirjas PNAS.
Allikas: 3dnews.ru
