Први компјутерски геном могао би довести до синтетичких облика живота

Све ДНК секвенце животних облика које проучавају научници чувају се у бази података у власништву Националног центра за биотехнолошке информације у САД. А 1. априла се у бази података појавио нови унос: „Цаулобацтер етхенсис-2.0.“ Ово је први на свету потпуно компјутерски моделован, а затим синтетизован синтетички геном живог организма, који су развили научници са ЕТХ Цириха (ЕТХ Зурицх). Међутим, треба нагласити да иако је геном Ц. етхенсис-2.0 успешно добијен у облику великог молекула ДНК, одговарајући живи организам још не постоји.

Истраживачки рад су извели Беат Цхристен, професор биологије експерименталних система, и његов брат Матијас Кристен, хемичар. Нови геном, назван Цаулобацтер етхенсис-2.0, створен је чишћењем и оптимизацијом природног кода бактерије Цаулобацтер цресцентус, безопасне бактерије која живи у слаткој води широм света.  

Пре више од деценије, тим предвођен генетичаром Крегом Вентером створио је прву „синтетичку“ бактерију. Током свог рада, научници су синтетизовали копију генома Мицопласма мицоидес, а затим је имплантирана у ћелију носиоца, за коју се показало да је потпуно одржива и задржала способност да се репродукује.

Нова студија наставља Креигеров рад. Ако су претходно научници креирали дигитални модел ДНК стварног организма и на основу њега синтетизовали молекул, нови пројекат иде даље, користећи оригинални ДНК код. Научници су га опсежно прерадили пре него што су га синтетизовали и тестирали његову функционалност.

Истраживачи су почели са оригиналним геномом Ц. цресцентус, који садржи 4000 гена. Као и код свих живих организама, већина ових гена не носи никакве информације и представљају „смеће ДНК“. Након анализе, научници су дошли до закључка да их је само око 680 неопходно за одржавање живота бактерија у лабораторији.

Након уклањања отпадне ДНК и добијања минималног генома Ц. цресцентус, тим је наставио са радом. ДНК живих организама карактерише присуство уграђене редунданције, која се састоји у чињеници да је синтеза истог протеина кодирана различитим генима у неколико делова ланца. Истраживачи су заменили више од 1/6 од 800 ДНК слова у оптимизацији како би уклонили дуплирани код.

„Захваљујући нашем алгоритму, потпуно смо преписали геном у нову секвенцу ДНК слова која више није слична оригиналу“, каже Беат Цхристен, један од водећих аутора студије. "Истовремено, биолошка функција на нивоу синтезе протеина остала је непромењена."

Да би тестирали да ли ће резултирајући ланац исправно функционисати у живој ћелији, истраживачи су узгајали сој бактерија који је имао и природни геном Цаулобацтер и сегменте вештачког генома у својој ДНК. Научници су искључили појединачне природне гене и тестирали способност својих вештачких колега да обављају исту биолошку улогу. Резултат је био прилично импресиван: показало се да је око 580 од 680 вештачких гена функционално.

„Са стеченим знањем, моћи ћемо да побољшамо наш алгоритам и развијемо нову верзију генома 3.0“, каже Кристен. „Верујемо да ћемо у блиској будућности створити живе бактеријске ћелије са потпуно синтетичким геномом.

У првој фази, такве студије ће помоћи генетичарима да провере тачност свог знања из области разумевања ДНК и улоге појединих гена у њој, јер ће свака грешка у синтези ланца довести до тога да организам са нови геном ће умрети или ће бити дефектан. Они ће у будућности довести до појаве синтетичких микроорганизама који ће бити створени за унапред одређене задатке. Вештачки вируси ће моћи да се боре са својим природним сродницима, а посебне бактерије ће производити витамине или лекове.

Студија је објављена у часопису ПНАС.

Извор: 3дневс.ру