პირველმა კომპიუტერულმა გენომმა შეიძლება გამოიწვიოს სიცოცხლის სინთეზური ფორმები

მეცნიერთა მიერ შესწავლილი სიცოცხლის ფორმების ყველა დნმ-ის თანმიმდევრობა ინახება მონაცემთა ბაზაში, რომელიც ეკუთვნის ამერიკის შეერთებული შტატების ბიოტექნოლოგიის ინფორმაციის ეროვნულ ცენტრს. 1 აპრილს კი მონაცემთა ბაზაში გამოჩნდა ახალი ჩანაწერი: „Caulobacter ethensis-2.0“. ეს არის მსოფლიოში პირველი სრულად კომპიუტერული მოდელირებული და შემდეგ სინთეზირებული ცოცხალი ორგანიზმის სინთეზური გენომი, რომელიც შემუშავებულია ETH Zurich-ის (ETH Zurich) მეცნიერების მიერ. თუმცა, ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ მიუხედავად იმისა, რომ C. ethensis-2.0-ის გენომი წარმატებით იქნა მიღებული დნმ-ის დიდი მოლეკულის სახით, შესაბამისი ცოცხალი ორგანიზმი ჯერ არ არსებობს.

კვლევითი სამუშაოები ჩაატარეს ექსპერიმენტული სისტემების ბიოლოგიის პროფესორმა ბიტ კრისტენმა და მისმა ძმამ მათიას კრისტენმა, ქიმიკოსმა. ახალი გენომი, სახელწოდებით Caulobacter ethensis-2.0, შეიქმნა ბაქტერიის Caulobacter crescentus-ის ბუნებრივი კოდის გაწმენდით და ოპტიმიზაციის გზით, უვნებელი ბაქტერია, რომელიც ცხოვრობს მტკნარ წყალში მთელს მსოფლიოში.  

ათ წელზე მეტი ხნის წინ, ჯგუფმა გენეტიკოს კრეიგ ვენტერის ხელმძღვანელობით შექმნა პირველი „სინთეზური“ ბაქტერია. მუშაობის პროცესში მეცნიერებმა სინთეზირეს Mycoplasma mycoides-ის გენომის ასლი, შემდეგ ის გადანერგეს გადამზიდავ უჯრედში, რომელიც შემდეგ აღმოჩნდა სრულიად სიცოცხლისუნარიანი და შეინარჩუნა საკუთარი თავის გამრავლების უნარი.

ახალი კვლევა აგრძელებს კრეიგერის მუშაობას. თუ ადრე მეცნიერებმა შექმნეს რეალური ორგანიზმის დნმ-ის ციფრული მოდელი და მასზე დაფუძნებული მოლეკულის სინთეზირება, ახალი პროექტი უფრო შორს მიდის, ორიგინალური დნმ კოდის გამოყენებით. მეცნიერებმა მას ინტენსიურად გადაამუშავეს, სანამ მის სინთეზს და ფუნქციონალურობას გამოსცდიდნენ.

მკვლევარებმა დაიწყეს ორიგინალური C. crescentus გენომი, რომელიც შეიცავს 4000 გენს. როგორც ნებისმიერ ცოცხალ ორგანიზმში, ამ გენების უმეტესობა არ ატარებს ინფორმაციას და წარმოადგენს „უსარგებლო დნმ“. ანალიზის შემდეგ მეცნიერები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ მათგან მხოლოდ 680-ია საჭირო ლაბორატორიაში ბაქტერიების სიცოცხლის შესანარჩუნებლად.

უსარგებლო დნმ-ის ამოღებისა და C. crescentus-ის მინიმალური გენომის მიღების შემდეგ, გუნდმა განაგრძო მუშაობა. ცოცხალი ორგანიზმების დნმ ხასიათდება ჩაშენებული სიჭარბის არსებობით, რაც მდგომარეობს იმაში, რომ ერთი და იგივე ცილის სინთეზი დაშიფრულია სხვადასხვა გენით ჯაჭვის რამდენიმე მონაკვეთში. მკვლევარებმა შეცვალეს 1 დნმ-ის ასოდან 6/800-ზე მეტი ოპტიმიზაციაში, რათა ამოეღოთ დუბლიკატი კოდი.

„ჩვენი ალგორითმის წყალობით, ჩვენ მთლიანად გადავწერეთ გენომი დნმ-ის ასოების ახალ თანმიმდევრობაში, რომელიც აღარ არის ორიგინალის მსგავსი“, - ამბობს ბიტ კრისტენი, კვლევის თანაავტორი. „ამავდროულად, ბიოლოგიური ფუნქცია ცილის სინთეზის დონეზე უცვლელი დარჩა“.

იმის შესამოწმებლად, იმუშავებს თუ არა მიღებული ჯაჭვი ცოცხალ უჯრედში, მკვლევარებმა განავითარეს ბაქტერიების შტამი, რომელსაც ჰქონდა როგორც ბუნებრივი Caulobacter გენომი, ასევე ხელოვნური გენომის სეგმენტები მის დნმ-ში. მეცნიერებმა გამორთეს ინდივიდუალური ბუნებრივი გენები და გამოსცადეს მათი ხელოვნური კოლეგების უნარი შეასრულონ იგივე ბიოლოგიური როლი. შედეგი საკმაოდ შთამბეჭდავი იყო: 580 ხელოვნური გენიდან დაახლოებით 680 ფუნქციური აღმოჩნდა.

„მიღებული ცოდნით ჩვენ შევძლებთ გავაუმჯობესოთ ჩვენი ალგორითმი და შევიმუშაოთ გენომის 3.0 ახალი ვერსია“, - ამბობს კრისტენი. „ჩვენ გვჯერა, რომ უახლოეს მომავალში შევქმნით ცოცხალ ბაქტერიულ უჯრედებს სრულიად სინთეზური გენომით.

პირველ ეტაპზე, ასეთი კვლევები დაეხმარება გენეტიკოსებს შეამოწმონ თავიანთი ცოდნის სიზუსტე დნმ-ის გაგების სფეროში და მასში ცალკეული გენების როლი, რადგან ჯაჭვის სინთეზის ნებისმიერი შეცდომა გამოიწვევს იმ ფაქტს, რომ ორგანიზმი ახალი გენომი მოკვდება ან დეფექტური იქნება. მომავალში ისინი გამოიწვევს სინთეზური მიკროორგანიზმების გაჩენას, რომლებიც შეიქმნება წინასწარ განსაზღვრული ამოცანებისთვის. ხელოვნურ ვირუსებს შეეძლებათ შეებრძოლონ ბუნებრივ ნათესავებს, ხოლო სპეციალური ბაქტერიები გამოიმუშავებენ ვიტამინებს ან წამლებს.

კვლევა გამოქვეყნდა ჟურნალში PNAS.

წყარო: 3dnews.ru