Visas zinātnieku pētītās dzīvības formu DNS sekvences tiek glabātas datu bāzē, kas pieder ASV Nacionālajam biotehnoloģijas informācijas centram. Un 1. aprīlī datu bāzē parādījās jauns ieraksts: “Caulobacter ethensis-2.0”. Šis ir pasaulē pirmais pilnībā datormodelēts un pēc tam sintezēts dzīva organisma sintētiskais genoms, ko izstrādājuši ETH Cīrihes (ETH Zurich) zinātnieki. Tomēr jāuzsver, ka, lai gan C. ethensis-2.0 genoms tika veiksmīgi iegūts lielas DNS molekulas veidā, atbilstošs dzīvs organisms vēl nepastāv.
Pētniecisko darbu veica eksperimentālās sistēmu bioloģijas profesors Bīts Kristens un viņa brālis Matiass Kristens, ķīmiķis. Jaunais genoms ar nosaukumu Caulobacter ethensis-2.0 tika izveidots, attīrot un optimizējot baktērijas Caulobacter crescentus, nekaitīgas baktērijas, kas dzīvo saldūdenī visā pasaulē, dabisko kodu.
Pirms vairāk nekā desmit gadiem ģenētiķa Kreiga Ventera vadītā komanda radīja pirmo “sintētisko” baktēriju. Sava darba gaitā zinātnieki sintezēja Mycoplasma mycoides genoma kopiju, pēc tam to implantēja nesējšūnā, kas pēc tam izrādījās pilnībā dzīvotspējīga un saglabāja spēju vairoties pati.
Jaunais pētījums turpina Kreigera darbu. Ja iepriekš zinātnieki izveidoja reāla organisma DNS digitālo modeli un uz tā bāzes sintezēja molekulu, tad jaunais projekts iet tālāk, izmantojot oriģinālo DNS kodu. Zinātnieki to plaši pārstrādāja pirms tā sintezēšanas un funkcionalitātes pārbaudes.
Pētnieki sāka ar oriģinālo C. crescentus genomu, kurā ir 4000 gēnu. Tāpat kā ar citiem dzīviem organismiem, lielākā daļa šo gēnu nenes nekādu informāciju un ir “junk DNS”. Pēc analīzes zinātnieki nonāca pie secinājuma, ka tikai aptuveni 680 no tiem ir nepieciešami baktēriju dzīvības uzturēšanai laboratorijā.
Pēc nevēlamās DNS noņemšanas un minimāla C. crescentus genoma iegūšanas komanda turpināja darbu. Dzīvo organismu DNS raksturo iebūvēta atlaišana, kas sastāv no tā, ka viena un tā paša proteīna sintēzi vairākos ķēdes posmos kodē dažādi gēni. Pētnieki optimizācijā nomainīja vairāk nekā 1/6 no 800 000 DNS burtiem, lai noņemtu dublikātu kodu.
"Pateicoties mūsu algoritmam, mēs esam pilnībā pārrakstījuši genomu jaunā DNS burtu secībā, kas vairs nav līdzīga oriģinālam," saka Beat Christen, pētījuma līdzautore. "Tajā pašā laikā bioloģiskā funkcija olbaltumvielu sintēzes līmenī palika nemainīga."
Lai pārbaudītu, vai iegūtā ķēde darbosies pareizi dzīvā šūnā, pētnieki audzēja baktēriju celmu, kuras DNS saturēja gan dabiskais Caulobacter genoms, gan mākslīgā genoma segmenti. Zinātnieki izslēdza atsevišķus dabiskos gēnus un pārbaudīja to mākslīgo kolēģu spēju veikt tādu pašu bioloģisko lomu. Rezultāts bija diezgan iespaidīgs: aptuveni 580 no 680 mākslīgajiem gēniem izrādījās funkcionāli.
"Ar iegūtajām zināšanām mēs varēsim uzlabot savu algoritmu un izstrādāt jaunu genoma 3.0 versiju," saka Kristena. "Mēs ticam, ka tuvākajā nākotnē mēs radīsim dzīvas baktēriju šūnas ar pilnīgi sintētisku genomu."
Pirmajā posmā šādi pētījumi palīdzēs ģenētiķiem pārbaudīt savu zināšanu precizitāti DNS izpratnes jomā un atsevišķu gēnu lomu tajā, jo jebkura ķēdes sintēzes kļūda novedīs pie tā, ka organisms ar jauns genoms mirs vai būs bojāts. Nākotnē tie novedīs pie sintētisko mikroorganismu parādīšanās, kas tiks radīti iepriekš noteiktiem uzdevumiem. Mākslīgie vīrusi spēs cīnīties ar saviem dabiskajiem radiniekiem, un īpašas baktērijas ražos vitamīnus vai zāles.
Pētījums tika publicēts žurnālā PNAS.
Avots: 3dnews.ru