Kõik teadlaste uuritud DNA- järjestused hoitakse USA Rahvusliku Biotehnoloogia Teabe Keskuse andmebaasis. 1. aprillil lisandus andmebaasi uus kirje: "Caulobacter ethensis-2.0". See on maailma esimene täiesti arvutiga modelleeritud ja seejärel sünteesitud sünteetiline genoom elusorganismist, mille on välja töötanud teadlased Zürichis ETH (Šveitsi Liidu Tehnikaülikoolis). Siiski tuleks rõhutada, et kuigi genoom C. ethensis-2.0 on edukalt saadud suure DNA-molekuli kujul, vastavat elusorganismi ei eksisteeri veel.
Uurimistööd viisid läbi Bit Kristen, eksperimentaalse süsteemibioloogia professor, ja tema vend Matthias Kristen — keemik. Uus genoom, mille nimeks on Caulobacter ethensis-2.0, loodi bakterist Caulobacter crescentus — kahjutust bakterist, mis elab magevees üle kogu maailma.
Üle kümne aasta tagasi lõi geneetiku Craig Venter'i juhtimisel meeskond esimese "sünteetilise" bakteri. Oma töö käigus sünteesis teadlased Mycoplasma mycoides genoomi koopia, misjärel see implanteeriti kandurirakku, mis osutus täielikult elujõuliseks ja säilitas paljunemisvõime.
Uus uuring jätkab Craigeri tööd. Kui varem lõid teadlased reaalse organismi DNA digitaalmodeli, mille põhjal sünteesisid nad molekuli, siis uus projekt viib asja edasi, kasutades originaalset DNA koodi. Teadlased töötasid selle oluliselt ümber, enne kui sünteesisid ja testisid selle toimivust.
Uurijad alustasid originaalsest C. crescentus genoomist, mis sisaldab 4000 geeni. Nagu igal elusorganismil, on ka enamik neist geenidest informatsiooni mitte kandvad ja kuuluvad "prügi DNA" kategooriasse. Pärast analüüsi jõudsid teadlased järeldusele, et vaid umbes 680 neist on bakterite eluks laboris vajalikud.
Pärast "prügi DNA" eemaldamist ja C. crescentus minimaalsete genoomide saamist jätkas meeskond oma tööd. Elusorganismide DNA-le on iseloomulik sisseehitatud üleliia, mis tuleneb sellest, et sama valku kodeerivad erinevad geenid mitmetes ahela lõikudes. Uurijad asendasid optimiseerimise käigus enam kui 1/6 800 000 DNA tähest.
"Meie algoritmi abil kirjutame genoomi täielikult ümber uue DNA tähestiku järjestuse, mis enam ei meenuta algset," ütleb uuringu kaasautor Bit Kristen. "Samas jäi bioloogiline funktsioon valkude sünteesi tasandil muutumatuks."
Ettevaate kontrollimiseks, kas saadud ahel töötab korralikult elava rakuna, kasvatati teadlaste poolt bakterite tüvi, mille DNA-s olid nii looduslik Caulobacteri genoom kui ka kunstliku genoomi segmendid. Teadlased väljasid üksikute looduslike geenide ja kontrollisid nende kunstlike analoogide võimet täita samu bioloogilisi funktsioone. Tulemused olid üsna muljetavaldavad: umbes 580 680-st kunstlikust geenist osutusid toimivateks.
„Saadud teadmiste abil saame oma algoritmi täiustada ja välja töötada uue genoomi versiooni 3.0,“ ütleb Kristen. „Usume, et lähitulevikus suudame luua elavaid bakterirakke, millel on täielikult sünteetiline genoom.“
Esimeses etapis aitavad sellised uuringud geeniteadlasi kontrollida oma teadmisi DNA mõistmise ja üksiktegene rolli osas, kuna iga sünteesi viga ahelas viib selleni, et uue genoomiga organism sureb või jääb defektsed. Tulevikus toovad need kaasa sünteetiliste mikroorganismide tekkimise, mis luuakse eelnevalt määratud ülesannete täitmiseks. Tehisviirused saavad võidelda nende looduslike sugulastega, samas kui spetsiaalsed bakterid toodavad vitamiine või ravimeid.
Uuring avaldati ajakirjas PNAS.
Allikas: 3dnews.ru
