Alle DNA-sequenties van de onderzochte levensvormen worden opgeslagen in een database die eigendom is van het Nationale Centrum voor Biotechnologische Informatie in de VS. En op 1 april verscheen er een nieuwe vermelding in de database: 'Caulobacter ethensis-2.0'. Dit is het eerste volledig op computer gemodelleerde en vervolgens gesynthetiseerde synthetische genoom van een levend organisme, ontwikkeld door wetenschappers van ETH Zurich (Zwitserse Federale Technische Hogeschool Zurich). Het moet echter worden benadrukt dat, hoewel het genoom C. ethensis-2.0 met succes is verkregen in de vorm van een groot DNA-molecuul, er momenteel nog geen overeenkomstig levend organisme bestaat.
Het onderzoekswerk werd uitgevoerd door Bit Christen, hoogleraar experimentele systeembiologie, en zijn broer Matthias Christen, een chemicus. Het nieuwe genoom, genaamd Caulobacter ethensis-2.0, werd gecreĆ«erd door de natuurlijke code van de bacterie Caulobacter crescentus te reinigen en te optimaliseren - een onschadelijke bacterie die wereldwijd in zoetwater leeft.Ā Ā
Meer dan tien jaar geleden creĆ«erde een team onder leiding van geneticus Craig Venter de eerste 'synthetische' bacterie. Tijdens hun onderzoek synthetiseerden de wetenschappers een kopie van het genoom van Mycoplasma mycoides, waarna dit werd geĆÆmplanteerd in een gastcel, die daarna volledig levensvatbaar bleek en in staat was tot zelfvermeerdering.
Het nieuwe onderzoek bouwt voort op het werk van Kraiger. Waar wetenschappers eerder een digitale DNA-model van een echt organisme creƫerden en daarop een molecuul synthetiseerden, gaat het nieuwe project verder door de originele DNA-code te gebruiken. Wetenschappers hebben deze aanzienlijk herschreven voordat ze deze synthetiseerden en op functionaliteit testten.
Onderzoekers begonnen met het originele genoom van C. crescentus, dat 4000 genen bevat. Net als bij andere levende organismen draagt het merendeel van deze genen geen informatie en is het 'junk-DNA'. Na analyse kwamen de wetenschappers tot de conclusie dat slechts ongeveer 680 daarvan noodzakelijk zijn voor het behoud van het leven van de bacterie in het laboratorium.
Na het verwijderen van de 'junk-DNA' en het verkrijgen van het minimale genoom van C. crescentus, ging het team verder met hun werk. DNA van levende organismen kenmerkt zich door ingebouwde redundantie, wat betekent dat de synthese van hetzelfde eiwit door verschillende genen op verschillende plaatsen in de keten wordt gecodeerd. Onderzoekers vervingen meer dan 1/6 van de 800.000 letters DNA tijdens de optimalisatie door het verwijderen van duplicerende code.
āDankzij ons algoritme hebben we het genoom volledig herschreven naar een nieuwe reeks DNA-letters die niet langer lijkt op het oorspronkelijke,ā zegt Bit Kristen, co-auteur van de studie. āDe biologische functie op het niveau van eiwitsynthese bleef echter ongewijzigd.ā
Om te testen of de verkregen keten goed zou functioneren in een levende cel, kweekten de onderzoekers een bacteriƫle stam die zowel het natuurlijke genoom van Caulobacter als segmenten van het kunstmatige genoom in zijn DNA had. Wetenschappers schakelden afzonderlijke natuurlijke genen uit en controleerden of hun kunstmatige tegenhangers dezelfde biologische rol konden vervullen. Het resultaat was behoorlijk indrukwekkend: ongeveer 580 van de 680 kunstmatige genen bleken functioneel te zijn.
āDankzij de verkregen kennis kunnen we ons algoritme verbeteren en een nieuwe versie van genoom 3.0 ontwikkelen,ā zegt Kristen. āWe geloven dat we in de nabije toekomst levende bacteriĆ«le cellen met een volledig synthetisch genoom zullen creĆ«ren.ā
In de eerste fase zullen dergelijke onderzoeken genetici helpen hun kennis over DNA en de rol van afzonderlijke genen daarin te verifiƫren, aangezien elke fout in de synthese van de keten zou leiden tot de dood of ontoereikendheid van het organisme met het nieuwe genoom. In de toekomst zullen ze echter leiden tot de creatie van synthetische micro-organismen die voor specifieke taken worden ontwikkeld. Kunstmatige virussen zullen hun natuurlijke tegenhangers bestrijden, terwijl speciale bacteriƫn vitaminen of medicijnen zullen produceren.
De studie is gepubliceerd in het tijdschrift PNAS.
Bron: 3dnews.ru
