Alla DNA-sekvenser från de livsformer som studerats av forskare lagras i en databas som ägs av National Center for Biotechnology Information i USA. Och den 1 april dök en ny post upp i databasen: "Caulobacter ethensis-2.0." Detta är världens första helt datormodellerade och sedan syntetiserade syntetiska genom av en levande organism, utvecklat av forskare från ETH Zürich (Schweiziska federala tekniska institutet Zürich). Det bör dock betonas att även om C. ethensis-2.0-genomet framgångsrikt erhölls som en stor DNA-molekyl, existerar motsvarande levande organism ännu inte.
Forskningen utfördes av Beat Christen, professor i experimentell systembiologi, och hans bror Matthias Christen, kemist. Det nya genomet, kallat Caulobacter ethensis-2.0, skapades genom att rena och optimera den naturliga koden för bakterien Caulobacter crescentus, en ofarlig bakterie som finns i sötvatten runt om i världen.
För mer än ett decennium sedan skapade ett team lett av genetikern Craig Venter den första "syntetiska" bakterien. I sitt arbete syntetiserade forskarna en kopia av Mycoplasma mycoides-genomet och implanterade det sedan i en värdcell, som sedan visade sig vara fullt livskraftig och behöll förmågan att självreproducera sig.
Den nya studien bygger vidare på Kreugers arbete. Medan forskarna tidigare skapat en digital modell av en verklig organisms DNA och syntetiserat en molekyl baserad på den, går det nya projektet längre och använder den ursprungliga DNA-koden. Forskarna omarbetade den avsevärt innan de syntetiserade den och testade dess funktionalitet.
Forskarna började med det ursprungliga C. crescentus-genomet, som innehåller 4000 680 gener. Liksom alla levande organismer bär de flesta av dessa gener ingen information och kallas "skräp-DNA". Efter att ha analyserat dem drog forskarna slutsatsen att endast cirka XNUMX av dem behövs för att hålla bakterierna vid liv i labbet.
Efter att ha tagit bort ”skräp-DNA:t” och erhållit det minimala genomet från C. crescentus fortsatte teamet sitt arbete. DNA:t hos levande organismer kännetecknas av inbyggd redundans, vilket innebär att syntesen av samma protein kodas av olika gener på flera ställen längs kedjan. Forskarna ersatte mer än en sjättedel av DNA:ts 1 6 bokstäver i en optimering för att ta bort duplicerad kod.
”Med vår algoritm skrev vi om genomet helt till en ny sekvens av DNA-bokstäver som inte längre liknar originalet”, säger Beat Christen, medförfattare till studien. ”Den biologiska funktionen på proteinsyntesnivå förblev dock oförändrad.”
För att testa om den resulterande kedjan skulle fungera korrekt i en levande cell, odlade forskarna en bakteriestam som hade både det naturliga Caulobacter-genomet och segment av det artificiella genomet i sitt DNA. Forskarna stängde av enskilda naturliga gener och testade förmågan hos deras artificiella motsvarigheter att utföra samma biologiska roll. Resultatet var ganska imponerande: cirka 580 av de 680 artificiella generna var funktionella.
”Med den kunskap vi får kommer vi att kunna förbättra vår algoritm och utveckla en ny version av genom 3.0”, säger Kristen. ”Vi tror att vi inom en snar framtid kommer att kunna skapa levande bakterieceller med ett helt syntetiskt genom.”
I det första steget kommer sådana studier att hjälpa genetiker att kontrollera riktigheten i sin kunskap inom området DNA och enskilda geners roll i det, eftersom eventuella fel i syntesen av kedjan kommer att leda till att organismen med det nya genomet kommer att dö eller bli defekt. I framtiden kommer de att leda till uppkomsten av syntetiska mikroorganismer som kommer att skapas för förutbestämda uppgifter. Konstgjorda virus kommer att kunna bekämpa sina naturliga släktingar, och speciella bakterier kommer att producera vitaminer eller läkemedel.
Studien publicerades i tidskriften PNAS.
Källa: 3dnews.ru
