Wszystkie sekwencje DNA badanych przez naukowców form życia są przechowywane w bazie danych należącej do Krajowego Centrum Informacji Biotechnologicznej w USA. 1 kwietnia w tej bazie danych pojawił się nowy wpis: „Caulobacter ethensis-2.0”. To pierwszy na świecie całkowicie zaprojektowany komputerowo i następnie zsyntetyzowany syntetyczny genom żywego organizmu, opracowany przez naukowców z ETH Zurich (Szwajcarska Wyższa Szkoła Techniczna w Zurychu). Należy jednak podkreślić, że chociaż genom C. ethensis-2.0 został pomyślnie uzyskany jako duża cząsteczka DNA, odpowiedni żywy organizm wciąż nie istnieje.
Prace badawcze przeprowadzili Bit Christen, profesor biologii systemów eksperymentalnych, i jego brat Matthias Christen — chemik. Nowy genom, nazwany Caulobacter ethensis-2.0, został stworzony poprzez oczyszczenie i optymalizację naturalnego kodu bakterii Caulobacter crescentus — nieszkodliwej bakterii, żyjącej w wodach słodkich na całym świecie.
Ponad dziesięć lat temu zespół kierowany przez genetyka Craiga Ventera stworzył pierwszą „syntetyczną” bakterię. W trakcie swojej pracy naukowcy zsyntetyzowali kopię genomu Mycoplasma mycoides, a następnie została ona wszczepiona do komórki-nośnika, która okazała się w pełni żywotna i zachowała zdolność do samoreprodukcji.
Nowe badanie kontynuuje pracę Kriegerów. Jeśli wcześniej naukowcy stworzyli cyfrowy model DNA rzeczywistego organizmu i na jego podstawie zsyntetyzowali cząsteczkę, nowy projekt idzie dalej, wykorzystując oryginalny kod DNA. Naukowcy znacznie go przekształcili, zanim zsyntetyzowali i sprawdzili jego funkcjonalność.
Badacze zaczęli od oryginalnego genomu C. crescentus, który zawiera 4000 genów. Jak w przypadku każdego żywego organizmu, znaczna część tych genów nie niesie żadnych informacji i jest „DNA śmieciowym”. Po przeprowadzeniu analizy naukowcy doszli do wniosku, że tylko około 680 z nich jest niezbędnych do podtrzymania życia bakterii w laboratorium.
Po usunięciu „śmieciowego DNA” i uzyskaniu minimalnego genomu C. crescentus zespół kontynuował pracę. DNA organizmów żywych charakteryzuje się wbudowaną nadmiarowością, polegającą na tym, że synteza tego samego białka jest kodowana przez różne geny w kilku miejscach łańcucha. Naukowcy zastąpili ponad 1/6 z 800 000 liter DNA podczas optymalizacji przez usunięcie kodu duplikatów.
„Dzięki naszemu algorytmowi całkowicie przepisaliśmy genom na nową sekwencję liter DNA, która już nie przypomina oryginału” — mówi Bit Kristensen, współautorka badania. „Przy tym funkcja biologiczna na poziomie syntezy białka pozostała niezmieniona”.
Aby sprawdzić, czy uzyskany łańcuch będzie działał poprawnie w żywej komórce, naukowcy wyhodowali szczep bakterii, które miały w swoim DNA zarówno naturalny genom Caulobacter, jak i segmenty sztucznego genomu. Naukowcy wyłączali poszczególne naturalne geny i sprawdzali zdolność ich sztucznych odpowiedników do pełnienia tej samej roli biologicznej. Wynik okazał się dość imponujący: około 580 z 680 sztucznych genów okazało się działać.
„Dzięki zdobytej wiedzy będziemy mogli poprawić nasz algorytm i opracować nową wersję genomu 3.0” — mówi Kristensen. „Wierzymy, że w najbliższej przyszłości stworzymy żywe komórki bakteryjne z całkowicie syntetycznym genomem”.
Na pierwszym etapie takie badania pomogą genetykom zweryfikować poprawność swoich informacji na temat DNA i roli poszczególnych genów w nim, ponieważ jakakolwiek pomyłka w syntezie łańcucha spowoduje, że organizm z nowym genomem zginie lub będzie niepełnosprawny. W przyszłości doprowadzą one do powstania syntetycznych mikroorganizmów, które będą tworzone dla określonych zadań. Sztuczne wirusy będą mogły walczyć z ich naturalnymi odpowiednikami, a specjalne bakterie będą produkować witaminy lub leki.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie PNAS.
Źródło: 3dnews.ru
