Kaikki tutkijoiden tutkimien elämänmuotojen DNA-sekvenssit on tallennettu Yhdysvaltain National Center for Biotechnology Informationin omistamaan tietokantaan. Ja 1. huhtikuuta tietokantaan ilmestyi uusi merkintä: "Caulobacter ethensis-2.0". Tämä on maailman ensimmäinen täysin tietokoneella mallinnettu ja sitten syntetisoitu elävän organismin synteettinen genomi, jonka ovat kehittäneet ETH Zürichin (ETH Zurich) tutkijat. On kuitenkin korostettava, että vaikka C. ethensis-2.0:n genomi saatiin onnistuneesti suuren DNA-molekyylin muodossa, vastaavaa elävää organismia ei vielä ole olemassa.
Tutkimustyötä tekivät kokeellisen systeemibiologian professori Beat Christen ja hänen veljensä kemisti Matthias Christen. Uusi genomi, nimeltään Caulobacter ethensis-2.0, luotiin puhdistamalla ja optimoimalla Caulobacter crescentus -bakteerin luonnollinen koodi. Se on vaaraton bakteeri, joka elää makeassa vedessä ympäri maailmaa.
Yli kymmenen vuotta sitten geneetikko Craig Venterin johtama ryhmä loi ensimmäisen "synteettisen" bakteerin. Työnsä aikana tutkijat syntetisoivat kopion Mycoplasma mycoides -genomista, minkä jälkeen se istutettiin kantajasoluun, joka sitten osoittautui täysin elinkelpoiseksi ja säilytti kyvyn lisääntyä.
Uusi tutkimus jatkaa Kreigerin työtä. Jos aiemmin tiedemiehet loivat digitaalisen mallin todellisen organismin DNA:sta ja syntetisoivat sen pohjalta molekyylin, uusi projekti menee pidemmälle käyttämällä alkuperäistä DNA-koodia. Tiedemiehet työstelivät sitä laajasti ennen kuin syntetisoivat ja testasivat sen toimivuutta.
Tutkijat aloittivat alkuperäisestä C. crescentus -genomista, joka sisältää 4000 geeniä. Kuten muissakin elävissä organismeissa, useimmat näistä geeneistä eivät sisällä mitään tietoa ja ovat "roska-DNA:ta". Analyysin jälkeen tutkijat tulivat siihen tulokseen, että vain noin 680 niistä on tarpeen bakteerien elämän ylläpitämiseksi laboratoriossa.
Poistettuaan roska-DNA:n ja saatuaan minimaalisen C. crescentuksen genomin ryhmä jatkoi työtään. Elävien organismien DNA:lle on ominaista sisäänrakennettu redundanssi, joka koostuu siitä, että saman proteiinin synteesiä koodaavat eri geenit useissa ketjun osissa. Tutkijat korvasivat yli 1/6 DNA:n 800 000 kirjaimesta optimoimalla kaksoiskoodin poistamisen.
"Algoritmimme ansiosta olemme kirjoittaneet genomin kokonaan uudelleen uudeksi DNA-kirjainsekvenssiksi, joka ei enää ole samanlainen kuin alkuperäinen", sanoo Beat Christen, tutkimuksen toinen johtaja. "Samaan aikaan biologinen toiminta proteiinisynteesin tasolla pysyi ennallaan."
Testaakseen, toimisiko syntynyt ketju oikein elävässä solussa, tutkijat kasvattivat bakteerikantaa, jonka DNA:ssa oli sekä luonnollinen Caulobacter-genomi että keinotekoisen genomin segmentit. Tiedemiehet sammuttivat yksittäiset luonnolliset geenit ja testasivat keinotekoisten vastineidensa kykyä suorittaa sama biologinen rooli. Tulos oli varsin vaikuttava: noin 580 keinotekoisesta geenistä 680:sta osoittautui toimiviksi.
"Saadun tiedon avulla pystymme parantamaan algoritmiamme ja kehittämään uuden version genomi 3.0:sta", Kristen sanoo. "Uskomme, että luomme lähitulevaisuudessa eläviä bakteerisoluja, joilla on täysin synteettinen genomi."
Ensimmäisessä vaiheessa tällaiset tutkimukset auttavat geneetikkoja tarkistamaan tietämyksensä tarkkuuden DNA:n ymmärtämisen alalla ja yksittäisten geenien roolissa siinä, koska mikä tahansa virhe ketjun synteesissä johtaa siihen, että organismi, jolla on uusi genomi kuolee tai on viallinen. Tulevaisuudessa ne johtavat synteettisten mikro-organismien syntymiseen, joita luodaan ennalta määrättyihin tehtäviin. Keinotekoiset virukset pystyvät taistelemaan luonnollisia sukulaisiaan vastaan, ja erityiset bakteerit tuottavat vitamiineja tai lääkkeitä.
Tutkimus julkaistiin PNAS-lehdessä.
Lähde: 3dnews.ru