Toate secvențele de ADN ale formelor de viață studiate de oamenii de știință sunt stocate într-o bază de date deținută de Centrul Național pentru Informații Biotehnologice din Statele Unite. Și pe 1 aprilie, în baza de date a apărut o nouă intrare: „Caulobacter ethensis-2.0”. Acesta este primul genom sintetic al unui organism viu modelat complet pe computer și apoi sintetizat din lume, dezvoltat de oamenii de știință de la ETH Zurich (ETH Zurich). Cu toate acestea, trebuie subliniat faptul că, deși genomul lui C. ethensis-2.0 a fost obținut cu succes sub forma unei molecule mari de ADN, un organism viu corespunzător nu există încă.
Lucrarea de cercetare a fost efectuată de Beat Christen, profesor de biologie a sistemelor experimentale, și de fratele său Matthias Christen, chimist. Noul genom, numit Caulobacter ethensis-2.0, a fost creat prin curățarea și optimizarea codului natural al bacteriei Caulobacter crescentus, o bacterie inofensivă care trăiește în apă dulce din întreaga lume.
În urmă cu mai bine de un deceniu, o echipă condusă de geneticianul Craig Venter a creat prima bacterie „sintetică”. În timpul muncii lor, oamenii de știință au sintetizat o copie a genomului Mycoplasma mycoides, apoi a fost implantată într-o celulă purtătoare, care apoi s-a dovedit a fi pe deplin viabilă și și-a păstrat capacitatea de a se reproduce.
Noul studiu continuă munca lui Kreiger. Dacă anterior oamenii de știință au creat un model digital al ADN-ului unui organism real și au sintetizat o moleculă pe baza acestuia, noul proiect merge mai departe, folosind codul ADN original. Oamenii de știință l-au reelaborat pe scară largă înainte de a-l sintetiza și de a-i testa funcționalitatea.
Cercetătorii au început cu genomul original al C. crescentus, care conține 4000 de gene. Ca și în cazul oricărei organisme vii, majoritatea acestor gene nu poartă nicio informație și sunt „ADN nedorit”. După analiză, oamenii de știință au ajuns la concluzia că doar aproximativ 680 dintre ele sunt necesare pentru a menține viața bacteriilor în laborator.
După ce a îndepărtat ADN-ul nedorit și a obținut un genom minim de C. crescentus, echipa și-a continuat munca. ADN-ul organismelor vii se caracterizează prin prezența redundanței încorporate, care constă în faptul că sinteza aceleiași proteine este codificată de gene diferite în mai multe secțiuni ale lanțului. Cercetătorii au înlocuit mai mult de 1/6 din cele 800 de litere ADN într-o optimizare pentru a elimina codul duplicat.
„Datorită algoritmului nostru, am rescris complet genomul într-o nouă secvență de litere ADN care nu mai este similară cu originalul”, spune Beat Christen, co-autorul principal al studiului. „În același timp, funcția biologică la nivelul sintezei proteinelor a rămas neschimbată.”
Pentru a testa dacă lanțul rezultat ar funcționa corect într-o celulă vie, cercetătorii au crescut o tulpină de bacterii care avea atât genomul natural Caulobacter, cât și segmente ale genomului artificial în ADN-ul său. Oamenii de știință au dezactivat genele naturale individuale și au testat capacitatea omologilor lor artificiali de a îndeplini același rol biologic. Rezultatul a fost destul de impresionant: aproximativ 580 din 680 de gene artificiale s-au dovedit a fi funcționale.
„Cu cunoștințele acumulate, vom putea să ne îmbunătățim algoritmul și să dezvoltăm o nouă versiune a genomului 3.0”, spune Kristen. „Credem că în viitorul apropiat vom crea celule bacteriene vii cu un genom complet sintetic.”
În prima etapă, astfel de studii îi vor ajuta pe geneticieni să verifice acuratețea cunoștințelor lor în domeniul înțelegerii ADN-ului și a rolului genelor individuale în acesta, deoarece orice eroare în sinteza lanțului va duce la faptul că organismul cu noul genom va muri sau va fi defect. În viitor, acestea vor duce la apariția microorganismelor sintetice care vor fi create pentru sarcini predeterminate. Virușii artificiali vor putea lupta împotriva rudelor lor naturale, iar bacteriile speciale vor produce vitamine sau medicamente.
Studiul a fost publicat în revista PNAS.
Sursa: 3dnews.ru