Tutte le sequenze di DNA delle forme di vita studiate dagli scienziati sono archiviate in un database di proprietà del National Center for Biotechnology Information negli Stati Uniti. E il 1° aprile nel database è apparsa una nuova voce: “Caulobacter ethensis-2.0”. Questo è il primo genoma sintetico al mondo completamente modellato al computer e poi sintetizzato di un organismo vivente, sviluppato dagli scienziati dell'ETH di Zurigo (ETH di Zurigo). Va tuttavia sottolineato che, sebbene il genoma di C. ethensis-2.0 sia stato ottenuto con successo sotto forma di una grande molecola di DNA, un organismo vivente corrispondente non esiste ancora.
Il lavoro di ricerca è stato condotto da Beat Christen, professore di biologia dei sistemi sperimentali, e suo fratello Matthias Christen, chimico. Il nuovo genoma, chiamato Caulobacter ethensis-2.0, è stato creato pulendo e ottimizzando il codice naturale del batterio Caulobacter crescentus, un batterio innocuo che vive nelle acque dolci di tutto il mondo.
Più di dieci anni fa, un team guidato dal genetista Craig Venter creò il primo batterio “sintetico”. Nel corso del loro lavoro, gli scienziati hanno sintetizzato una copia del genoma del Mycoplasma mycoides, quindi è stato impiantato in una cellula portatrice, che si è rivelata completamente vitale e ha mantenuto la capacità di riprodursi.
Il nuovo studio continua il lavoro di Kreiger. Se in precedenza gli scienziati creavano un modello digitale del DNA di un organismo reale e sintetizzavano una molecola basata su di esso, il nuovo progetto va oltre, utilizzando il codice del DNA originale. Gli scienziati lo hanno ampiamente rielaborato prima di sintetizzarlo e testarne la funzionalità.
I ricercatori hanno iniziato con il genoma originale del C. crescentus, che contiene 4000 geni. Come con qualsiasi organismo vivente, la maggior parte di questi geni non trasportano alcuna informazione e sono “DNA spazzatura”. Dopo l'analisi, gli scienziati sono giunti alla conclusione che solo circa 680 di essi sono necessari per mantenere la vita dei batteri in laboratorio.
Dopo aver rimosso il DNA spazzatura e ottenuto un genoma minimo di C. crescentus, il team ha continuato il lavoro. Il DNA degli organismi viventi è caratterizzato dalla presenza di ridondanza incorporata, che consiste nel fatto che la sintesi della stessa proteina è codificata da geni diversi in diverse sezioni della catena. I ricercatori hanno sostituito più di 1/6 delle 800 lettere del DNA in un'ottimizzazione per rimuovere il codice duplicato.
"Grazie al nostro algoritmo, abbiamo riscritto completamente il genoma in una nuova sequenza di lettere del DNA che non è più simile all'originale", afferma Beat Christen, coautore principale dello studio. “Allo stesso tempo, la funzione biologica a livello di sintesi proteica è rimasta invariata”.
Per verificare se la catena risultante avrebbe funzionato correttamente in una cellula vivente, i ricercatori hanno coltivato un ceppo di batteri che aveva sia il genoma naturale del Caulobacter che segmenti del genoma artificiale nel suo DNA. Gli scienziati hanno disattivato singoli geni naturali e testato la capacità delle loro controparti artificiali di svolgere lo stesso ruolo biologico. Il risultato è stato davvero impressionante: su 580 geni artificiali circa 680 si sono rivelati funzionanti.
“Con le conoscenze acquisite saremo in grado di migliorare il nostro algoritmo e sviluppare una nuova versione del genoma 3.0”, afferma Kristen. “Crediamo che nel prossimo futuro creeremo cellule batteriche viventi con un genoma completamente sintetico”.
Nella prima fase, tali studi aiuteranno i genetisti a verificare l'accuratezza delle loro conoscenze nel campo della comprensione del DNA e del ruolo dei singoli geni in esso, poiché qualsiasi errore nella sintesi della catena porterà al fatto che l'organismo con il il nuovo genoma morirà o sarà difettoso. In futuro, porteranno alla nascita di microrganismi sintetici che verranno creati per compiti predeterminati. I virus artificiali saranno in grado di combattere i loro parenti naturali e batteri speciali produrranno vitamine o medicinali.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista PNAS.
Fonte: 3dnews.ru