Alla DNA-sekvenser av 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 (ETH Zürich). Det bör dock betonas att även om genomet av C. ethensis-2.0 framgångsrikt erhölls i form av en stor DNA-molekyl, existerar inte en motsvarande levande organism ännu.
Forskningsarbetet 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 rengöra och optimera den naturliga koden för bakterien Caulobacter crescentus, en ofarlig bakterie som lever i sötvatten runt om i världen.
För mer än ett decennium sedan skapade ett team under ledning av genetikern Craig Venter den första "syntetiska" bakterien. Under sitt arbete syntetiserade forskare en kopia av Mycoplasma mycoides-genomet, sedan implanterades det i en bärarcell, som sedan visade sig vara fullt livskraftig och behöll förmågan att reproducera sig själv.
Den nya studien fortsätter Kreigers arbete. Om tidigare forskare skapade en digital modell av DNA från en verklig organism och syntetiserade en molekyl baserat på den, går det nya projektet längre med den ursprungliga DNA-koden. Forskare omarbetade det i stor utsträckning innan de syntetiserade det och testade dess funktionalitet.
Forskarna började med det ursprungliga C. crescentus-genomet, som innehåller 4000 680 gener. Som med alla levande organismer, bär de flesta av dessa gener ingen information och är "skräp-DNA". Efter analysen kom forskare till slutsatsen att endast cirka XNUMX av dem är nödvändiga för att upprätthålla bakteriernas liv i laboratoriet.
Efter att ha tagit bort skräp-DNA och erhållit ett minimalt genom av C. crescentus, fortsatte teamet sitt arbete. Levande organismers DNA kännetecknas av närvaron av inbyggd redundans, som består i det faktum att syntesen av samma protein kodas av olika gener i flera delar av kedjan. Forskarna ersatte mer än 1/6 av de 800 000 DNA-bokstäverna i en optimering för att ta bort dubblettkod.
"Tack vare vår algoritm har vi helt skrivit om genomet till en ny sekvens av DNA-bokstäver som inte längre liknar originalet", säger Beat Christen, medförfattare till studien. "Samtidigt förblev den biologiska funktionen på nivån av proteinsyntes oförändrad."
För att testa om den resulterande kedjan skulle fungera korrekt i en levande cell, odlade forskarna en stam av bakterier som hade både det naturliga Caulobacter-genomet och segment av det artificiella genomet i sitt DNA. Forskare stängde av individuella naturliga gener och testade förmågan hos deras artificiella motsvarigheter att utföra samma biologiska roll. Resultatet var ganska imponerande: cirka 580 av 680 artificiella gener visade sig vara funktionella.
"Med den kunskap vi fått kommer vi att kunna förbättra vår algoritm och utveckla en ny version av genomet 3.0", säger Kristen. "Vi tror att vi inom en snar framtid kommer att skapa levande bakterieceller med ett helt syntetiskt genom."
I det första skedet kommer sådana studier att hjälpa genetiker att kontrollera noggrannheten i deras kunskap inom området för att förstå DNA och de enskilda genernas roll i det, eftersom alla fel i syntesen av kedjan kommer att leda till det faktum att organismen med nytt genom kommer att dö eller vara 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 mediciner.
Studien publicerades i tidskriften PNAS.
Källa: 3dnews.ru