Alle DNA-sekvenser av livsformer studert av forskere er lagret i en database som eies av National Center for Biotechnology Information i USA. Og 1. april dukket det opp en ny oppføring i databasen: "Caulobacter ethensis-2.0." Dette er verdens første fullstendig datamodellerte og deretter syntetiserte syntetiske genom av en levende organisme, utviklet av forskere fra ETH Zurich (ETH Zurich). Det bør imidlertid understrekes at selv om genomet til C. ethensis-2.0 ble oppnådd med hell i form av et stort DNA-molekyl, eksisterer ikke en tilsvarende levende organisme ennå.
Forskningsarbeidet ble utført av Beat Christen, professor i eksperimentell systembiologi, og broren Matthias Christen, kjemiker. Det nye genomet, kalt Caulobacter ethensis-2.0, ble skapt ved å rense og optimalisere den naturlige koden til bakterien Caulobacter crescentus, en ufarlig bakterie som lever i ferskvann rundt om i verden.
For mer enn et tiår siden skapte et team ledet av genetiker Craig Venter den første "syntetiske" bakterien. I løpet av arbeidet sitt syntetiserte forskere en kopi av Mycoplasma mycoides-genomet, og deretter ble det implantert i en bærercelle, som så viste seg å være fullt levedyktig og beholdt evnen til å reprodusere seg selv.
Den nye studien fortsetter Kreigers arbeid. Hvis tidligere forskere laget en digital modell av DNA fra en ekte organisme og syntetiserte et molekyl basert på det, går det nye prosjektet videre ved å bruke den originale DNA-koden. Forskere omarbeidet den grundig før de syntetiserte den og testet funksjonaliteten.
Forskerne startet med det originale C. crescentus-genomet, som inneholder 4000 gener. Som med alle levende organismer, bærer de fleste av disse genene ingen informasjon og er "søppel-DNA". Etter analysen kom forskerne til den konklusjon at bare rundt 680 av dem er nødvendige for å opprettholde livet til bakterier i laboratoriet.
Etter å ha fjernet søppel-DNA og oppnådd et minimalt genom av C. crescentus, fortsatte teamet arbeidet sitt. DNAet til levende organismer er preget av tilstedeværelsen av innebygd redundans, som består i det faktum at syntesen av det samme proteinet er kodet av forskjellige gener i flere deler av kjeden. Forskerne erstattet mer enn 1/6 av de 800 000 DNA-bokstavene i en optimalisering for å fjerne duplikatkode.
"Takket være algoritmen vår har vi fullstendig omskrevet genomet til en ny sekvens av DNA-bokstaver som ikke lenger ligner originalen," sier Beat Christen, medforfatter av studien. "Samtidig forble den biologiske funksjonen på nivået av proteinsyntese uendret."
For å teste om den resulterende kjeden ville fungere ordentlig i en levende celle, dyrket forskerne en bakteriestamme som hadde både det naturlige Caulobacter-genomet og segmenter av det kunstige genomet i sitt DNA. Forskere slo av individuelle naturlige gener og testet evnen til deres kunstige motparter til å utføre den samme biologiske rollen. Resultatet var ganske imponerende: rundt 580 av 680 kunstige gener viste seg å være funksjonelle.
"Med kunnskapen vi har fått, vil vi være i stand til å forbedre algoritmen vår og utvikle en ny versjon av genomet 3.0," sier Kristen. "Vi tror at vi i nær fremtid vil skape levende bakterieceller med et fullstendig syntetisk genom."
På det første stadiet vil slike studier hjelpe genetikere med å sjekke nøyaktigheten av kunnskapen deres innen forståelse av DNA og rollen til individuelle gener i den, siden enhver feil i syntesen av kjeden vil føre til at organismen med nytt genom vil dø eller være defekt. I fremtiden vil de føre til fremveksten av syntetiske mikroorganismer som vil bli skapt for forhåndsbestemte oppgaver. Kunstige virus vil kunne bekjempe sine naturlige slektninger, og spesielle bakterier vil produsere vitaminer eller medisiner.
Studien ble publisert i tidsskriftet PNAS.
Kilde: 3dnews.ru