Kõik teadlaste uuritud eluvormide DNA järjestused on salvestatud andmebaasi, mis kuulub Ameerika Ühendriikide riiklikule biotehnoloogia teabekeskusele. Ja 1. aprillil ilmus andmebaasi uus kirje: Caulobacter ethensis-2.0. See on maailmas esimene täielikult arvutiga modelleeritud ja seejärel sünteesitud elusorganismi sünteetiline genoom, mille on välja töötanud ETH Zürichi (ETH Zürich) teadlased. Siiski tuleb rõhutada, et kuigi C. ethensis-2.0 genoom saadi edukalt suure DNA molekulina, pole vastavat elusorganismi veel olemas.
Uurimistööd viisid läbi eksperimentaalse süsteemibioloogia professor Beat Christen ja tema keemikust vend Matthias Christen. Uus genoom nimega Caulobacter ethensis-2.0 loodi kogu maailmas magevees elava kahjutu bakteri Caulobacter crescentus loomuliku koodi puhastamise ja optimeerimisega.
Rohkem kui kümme aastat tagasi lõi geneetik Craig Venteri juhitud meeskond esimese "sünteetilise" bakteri. Teadlased sünteesisid oma töö käigus Mycoplasma mycoides'i genoomi koopia, seejärel siirdati see kanderakku, mis seejärel osutus täielikult elujõuliseks ja säilitas võime end taastoota.
Uus uuring jätkab Kreigeri tööd. Kui varem lõid teadlased reaalse organismi DNA digitaalse mudeli ja sünteesisid selle põhjal molekuli, siis uus projekt läheb kaugemale, kasutades algset DNA koodi. Enne sünteesimist ja funktsionaalsuse testimist töötasid teadlased selle põhjalikult ümber.
Uurijad alustasid algsest C. crescentuse genoomist, mis sisaldab 4000 geeni. Nagu kõigi elusorganismide puhul, ei kanna enamik neist geenidest mingit teavet ja on "rämps-DNA". Pärast analüüsi jõudsid teadlased järeldusele, et ainult umbes 680 neist on vajalikud bakterite eluea säilitamiseks laboris.
Pärast rämps-DNA eemaldamist ja minimaalse C. crescentuse genoomi saamist jätkas meeskond oma tööd. Elusorganismide DNA-d iseloomustab sisseehitatud liiasuse olemasolu, mis seisneb selles, et sama valgu sünteesi kodeerivad erinevad geenid ahela mitmes osas. Uurijad asendasid 1 6 DNA tähest enam kui 800/000, et eemaldada topeltkood.
"Tänu meie algoritmile oleme genoomi täielikult ümber kirjutanud uueks DNA tähtede jadaks, mis ei ole enam originaaliga sarnane," ütleb uuringu kaasautor Beat Christen. "Samal ajal jäi bioloogiline funktsioon valgusünteesi tasemel muutumatuks."
Et testida, kas tekkiv ahel töötab elusrakus korralikult, kasvatasid teadlased bakteritüve, mille DNA-s oli nii looduslik Caulobacteri genoom kui ka kunstliku genoomi segmendid. Teadlased lülitasid üksikud looduslikud geenid välja ja testisid nende tehiskaaslaste võimet täita sama bioloogilist rolli. Tulemus oli üsna muljetavaldav: 580 tehisgeenist umbes 680 osutus toimivaks.
"Saadud teadmistega saame täiustada oma algoritmi ja töötada välja genoomi 3.0 uue versiooni, " ütleb Kristen. "Usume, et lähitulevikus loome täiesti sünteetilise genoomiga elusaid bakterirakke."
Esimeses etapis aitavad sellised uuringud geneetikutel kontrollida oma teadmiste täpsust DNA mõistmise valdkonnas ja üksikute geenide rolli selles, kuna kõik vead ahela sünteesil põhjustavad tõsiasja, et organism, millel on uus genoom sureb või on defektne. Tulevikus toovad need kaasa sünteetiliste mikroorganismide tekkimise, mis luuakse etteantud ülesannete täitmiseks. Kunstlikud viirused saavad oma looduslike sugulastega võidelda ja spetsiaalsed bakterid toodavad vitamiine või ravimeid.
Uuring avaldati ajakirjas PNAS.
Allikas: 3dnews.ru