Alle DNA-sequenties van levensvormen die door wetenschappers zijn bestudeerd, worden opgeslagen in een database die eigendom is van het National Center for Biotechnology Information in de Verenigde Staten. En op 1 april verscheen er een nieuwe vermelding in de database: “Caulobacter ethensis-2.0.” Dit is 's werelds eerste volledig computergemodelleerde en vervolgens gesynthetiseerde synthetische genoom van een levend organisme, ontwikkeld door wetenschappers van ETH Zürich (ETH Zürich). Er moet echter worden benadrukt dat, hoewel het genoom van C. ethensis-2.0 met succes werd verkregen in de vorm van een groot DNA-molecuul, er nog geen overeenkomstig levend organisme bestaat.
Het onderzoekswerk werd uitgevoerd door Beat Christen, hoogleraar experimentele systeembiologie, en zijn broer Matthias Christen, een scheikundige. Het nieuwe genoom, genaamd Caulobacter ethensis-2.0, is ontstaan door het opschonen en optimaliseren van de natuurlijke code van de bacterie Caulobacter crescentus, een onschadelijke bacterie die over de hele wereld in zoet water leeft.
Meer dan tien jaar geleden creëerde een team onder leiding van geneticus Craig Venter de eerste ‘synthetische’ bacterie. In de loop van hun werk synthetiseerden wetenschappers een kopie van het Mycoplasma mycoides-genoom, waarna het werd geïmplanteerd in een dragercel, die vervolgens volledig levensvatbaar bleek te zijn en het vermogen behield om zichzelf te reproduceren.
De nieuwe studie zet het werk van Kreiger voort. Als wetenschappers voorheen een digitaal model van het DNA van een echt organisme creëerden en op basis daarvan een molecuul synthetiseerden, gaat het nieuwe project verder, met behulp van de originele DNA-code. Wetenschappers hebben het uitgebreid herwerkt voordat ze het synthetiseerden en de functionaliteit ervan testten.
De onderzoekers begonnen met het originele C. crescentus-genoom, dat 4000 genen bevat. Zoals bij alle levende organismen dragen de meeste van deze genen geen enkele informatie en zijn ze ‘junk-DNA’. Na de analyse kwamen wetenschappers tot de conclusie dat slechts ongeveer 680 daarvan nodig zijn om de levensduur van bacteriën in het laboratorium in stand te houden.
Na het verwijderen van het junk-DNA en het verkrijgen van een minimaal genoom van C. crescentus, zette het team hun werk voort. Het DNA van levende organismen wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van ingebouwde redundantie, die erin bestaat dat de synthese van hetzelfde eiwit wordt gecodeerd door verschillende genen in verschillende delen van de keten. De onderzoekers hebben ruim 1/6 van de 800 DNA-letters vervangen in een optimalisatie om dubbele code te verwijderen.
“Dankzij ons algoritme hebben we het genoom volledig herschreven in een nieuwe reeks DNA-letters die niet langer lijkt op het origineel”, zegt Beat Christen, co-hoofdauteur van het onderzoek. “Tegelijkertijd bleef de biologische functie op het niveau van de eiwitsynthese onveranderd.”
Om te testen of de resulterende keten goed zou werken in een levende cel, kweekten de onderzoekers een bacteriestam die zowel het natuurlijke Caulobacter-genoom als segmenten van het kunstmatige genoom in zijn DNA had. Wetenschappers schakelden individuele natuurlijke genen uit en testten het vermogen van hun kunstmatige tegenhangers om dezelfde biologische rol te vervullen. Het resultaat was behoorlijk indrukwekkend: ongeveer 580 van de 680 kunstmatige genen bleken functioneel.
“Met de opgedane kennis kunnen we ons algoritme verbeteren en een nieuwe versie van het genoom 3.0 ontwikkelen”, zegt Kristen. “Wij geloven dat we in de nabije toekomst levende bacteriecellen zullen creëren met een volledig synthetisch genoom.”
In de eerste fase zullen dergelijke onderzoeken genetici helpen de nauwkeurigheid van hun kennis op het gebied van het begrijpen van DNA en de rol van individuele genen daarin te controleren, aangezien elke fout in de synthese van de keten ertoe zal leiden dat het organisme met de nieuw genoom zal sterven of defect zijn. In de toekomst zullen ze leiden tot de opkomst van synthetische micro-organismen die voor vooraf bepaalde taken zullen worden gecreëerd. Kunstmatige virussen zullen hun natuurlijke verwanten kunnen bestrijden, en speciale bacteriën zullen vitamines of medicijnen produceren.
De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift PNAS.
Bron: 3dnews.ru