Všetky sekvencie DNA foriem života, ktoré vedci skúmali, sú uložené v databáze, ktorú vlastní Národné centrum pre biotechnologické informácie v USA. A 1. apríla sa v databáze objavil nový záznam: „Caulobacter ethensis-2.0“. Ide o prvý plne počítačovo modelovaný a následne syntetizovaný syntetický genóm živého organizmu na svete, ktorý vyvinuli vedci z ETH Zurich (ETH Zurich). Treba však zdôrazniť, že hoci sa podarilo získať genóm C. ethensis-2.0 vo forme veľkej molekuly DNA, zodpovedajúci živý organizmus ešte neexistuje.
Výskumnú prácu vykonal Beat Christen, profesor experimentálnej systémovej biológie, a jeho brat Matthias Christen, chemik. Nový genóm s názvom Caulobacter ethensis-2.0 vznikol čistením a optimalizáciou prirodzeného kódu baktérie Caulobacter crescentus, neškodnej baktérie, ktorá žije v sladkej vode po celom svete.
Pred viac ako desiatimi rokmi tím pod vedením genetika Craiga Ventera vytvoril prvú „syntetickú“ baktériu. Vedci počas svojej práce syntetizovali kópiu genómu Mycoplasma mycoides, potom ju implantovali do nosnej bunky, ktorá sa potom ukázala ako plne životaschopná a zachovala si schopnosť reprodukovať sa.
Nová štúdia pokračuje v Kreigerovej práci. Ak predtým vedci vytvorili digitálny model DNA skutočného organizmu a na jeho základe syntetizovali molekulu, nový projekt ide ďalej, využíva pôvodný kód DNA. Vedci ho dôkladne prepracovali, než ho syntetizovali a otestovali jeho funkčnosť.
Vedci začali s pôvodným genómom C. crescentus, ktorý obsahuje 4000 génov. Rovnako ako u iných živých organizmov, väčšina z týchto génov nenesie žiadne informácie a sú „odpadovou DNA“. Vedci po analýze dospeli k záveru, že len asi 680 z nich je potrebných na udržanie života baktérií v laboratóriu.
Po odstránení odpadovej DNA a získaní minimálneho genómu C. crescentus tím pokračoval vo svojej práci. DNA živých organizmov sa vyznačuje prítomnosťou zabudovanej redundancie, ktorá spočíva v tom, že syntéza toho istého proteínu je kódovaná rôznymi génmi vo viacerých úsekoch reťazca. Výskumníci nahradili viac ako 1/6 z 800 000 písmen DNA v optimalizácii na odstránenie duplicitného kódu.
„Vďaka nášmu algoritmu sme úplne prepísali genóm do novej sekvencie písmen DNA, ktorá už nie je podobná originálu,“ hovorí Beat Christen, spoluautor štúdie. "Zároveň zostala biologická funkcia na úrovni syntézy bielkovín nezmenená."
Aby otestovali, či výsledný reťazec bude správne fungovať v živej bunke, výskumníci vypestovali kmeň baktérií, ktoré mali vo svojej DNA prirodzený genóm Caulobacter aj segmenty umelého genómu. Vedci vypínali jednotlivé prirodzené gény a testovali schopnosť ich umelých náprotivkov vykonávať rovnakú biologickú úlohu. Výsledok bol celkom pôsobivý: ukázalo sa, že asi 580 zo 680 umelých génov je funkčných.
„Na základe získaných poznatkov budeme schopní vylepšiť náš algoritmus a vyvinúť novú verziu genómu 3.0,“ hovorí Kristen. "Veríme, že v blízkej budúcnosti vytvoríme živé bakteriálne bunky s úplne syntetickým genómom."
V prvej fáze takéto štúdie pomôžu genetikom preveriť presnosť ich vedomostí v oblasti porozumenia DNA a úlohy jednotlivých génov v nej, keďže akákoľvek chyba v syntéze reťazca povedie k tomu, že organizmus s tzv. nový genóm zomrie alebo bude chybný. V budúcnosti povedú k vzniku syntetických mikroorganizmov, ktoré budú vytvorené na vopred určené úlohy. Umelé vírusy budú schopné bojovať so svojimi prirodzenými príbuznými a špeciálne baktérie budú produkovať vitamíny či lieky.
Štúdia bola publikovaná v časopise PNAS.
Zdroj: 3dnews.ru