اولین ژنوم کامپیوتری می تواند به شکل های مصنوعی زندگی منجر شود

تمام توالی‌های DNA اشکال حیات که توسط دانشمندان مورد مطالعه قرار گرفته‌اند در پایگاه داده‌ای که متعلق به مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی در ایالات متحده است، ذخیره می‌شود. و در 1 آوریل، یک ورودی جدید در پایگاه داده ظاهر شد: "Caulobacter ethensis-2.0." این اولین ژنوم مصنوعی یک موجود زنده در جهان است که توسط دانشمندان ETH Zurich (ETH Zurich) ساخته شده است. با این حال، باید تاکید کرد که اگرچه ژنوم C.ethensis-2.0 با موفقیت در قالب یک مولکول DNA بزرگ به دست آمد، یک موجود زنده مربوطه هنوز وجود ندارد.

کار تحقیقاتی توسط بیت کریستن، استاد زیست شناسی سیستم های آزمایشی، و برادرش ماتیاس کریستن، شیمیدان انجام شد. ژنوم جدید که Caulobacter ethensis-2.0 نام دارد، با تمیز کردن و بهینه سازی کد طبیعی باکتری Caulobacter crescentus، یک باکتری بی ضرر که در آب شیرین در سراسر جهان زندگی می کند، ایجاد شد.  

بیش از یک دهه پیش، تیمی به رهبری ژنتیک، کریگ ونتر، اولین باکتری "مصنوعی" را ایجاد کردند. در طول کار خود، دانشمندان یک کپی از ژنوم Mycoplasma mycoides را سنتز کردند، سپس آن را در یک سلول حامل کاشته کردند، که پس از آن مشخص شد که کاملاً زنده است و توانایی تولید مثل خود را حفظ می کند.

مطالعه جدید کار کریگر را ادامه می دهد. اگر قبلاً دانشمندان یک مدل دیجیتالی از DNA یک ارگانیسم واقعی ایجاد کرده و یک مولکول را بر اساس آن سنتز می کردند، پروژه جدید با استفاده از کد DNA اصلی فراتر می رود. دانشمندان قبل از سنتز آن و آزمایش عملکرد آن، به طور گسترده آن را دوباره کار کردند.

محققان با ژنوم اصلی C. crescentus که شامل 4000 ژن است شروع کردند. مانند هر موجود زنده، بیشتر این ژن ها هیچ اطلاعاتی را حمل نمی کنند و "DNA ناخواسته" هستند. پس از تجزیه و تحلیل، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که تنها حدود 680 مورد از آنها برای حفظ زندگی باکتری ها در آزمایشگاه ضروری است.

پس از حذف DNA ناخواسته و به دست آوردن حداقل ژنوم C. crescentus، تیم به کار خود ادامه داد. DNA موجودات زنده با وجود افزونگی داخلی مشخص می شود، که شامل این واقعیت است که سنتز یک پروتئین توسط ژن های مختلف در چندین بخش از زنجیره کدگذاری می شود. محققان بیش از 1/6 از 800 حرف DNA را در یک بهینه سازی برای حذف کد تکراری جایگزین کردند.

بیت کریستن، نویسنده ارشد این مطالعه، می‌گوید: «به لطف الگوریتم خود، ژنوم را به‌طور کامل در دنباله جدیدی از حروف DNA بازنویسی کرده‌ایم که دیگر شبیه به اصلی نیست. "در همان زمان، عملکرد بیولوژیکی در سطح سنتز پروتئین بدون تغییر باقی ماند."

برای آزمایش اینکه آیا زنجیره به دست آمده در یک سلول زنده به درستی کار می کند، محققان یک سویه از باکتری ها را پرورش دادند که هم ژنوم طبیعی Caulobacter و هم بخش هایی از ژنوم مصنوعی را در DNA خود داشتند. دانشمندان ژن های طبیعی منفرد را خاموش کردند و توانایی همتایان مصنوعی خود را برای انجام همان نقش بیولوژیکی آزمایش کردند. نتیجه کاملاً چشمگیر بود: حدود 580 ژن از 680 ژن مصنوعی عملکردی داشتند.

کریستن می گوید: "با دانش به دست آمده، ما قادر خواهیم بود الگوریتم خود را بهبود بخشیده و نسخه جدیدی از ژنوم 3.0 را توسعه دهیم." ما معتقدیم که در آینده نزدیک سلول های باکتریایی زنده با ژنوم کاملا مصنوعی ایجاد خواهیم کرد.

در مرحله اول، چنین مطالعاتی به ژنتیک دانان کمک می کند تا صحت دانش خود را در زمینه درک DNA و نقش ژن های فردی در آن بررسی کنند، زیرا هر گونه خطا در سنتز زنجیره منجر به این واقعیت می شود که ارگانیسم با ژنوم جدید می میرد یا معیوب می شود. در آینده، آنها منجر به ظهور میکروارگانیسم های مصنوعی می شوند که برای کارهای از پیش تعیین شده ایجاد می شوند. ویروس های مصنوعی قادر به مبارزه با خویشاوندان طبیعی خود خواهند بود و باکتری های خاص ویتامین یا دارو تولید می کنند.

این مطالعه در مجله PNAS منتشر شد.

منبع: 3dnews.ru