ลำดับดีเอ็นเอของรูปแบบชีวิตทั้งหมดที่ศึกษาโดยนักวิทยาศาสตร์จะถูกจัดเก็บไว้ในฐานข้อมูลของศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติในสหรัฐอเมริกา และในวันที่ 1 เมษายน รายการใหม่ปรากฏในฐานข้อมูล: “Caulobacter ethensis-2.0” นี่คือจีโนมสังเคราะห์ของสิ่งมีชีวิตตัวแรกของโลกที่สร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เต็มรูปแบบ จากนั้นจึงสังเคราะห์ พัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์จาก ETH Zurich (ETH Zurich) อย่างไรก็ตาม ควรเน้นย้ำว่าแม้ว่าจีโนมของ C. ethensis-2.0 จะได้รับสำเร็จในรูปของโมเลกุล DNA ขนาดใหญ่ แต่สิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องยังไม่มีอยู่จริง
งานวิจัยนี้ดำเนินการโดย Beat Christen ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาระบบทดลอง และ Matthias Christen น้องชายของเขาซึ่งเป็นนักเคมี จีโนมใหม่ที่เรียกว่า Caulobacter ethensis-2.0 ถูกสร้างขึ้นโดยการทำความสะอาดและปรับรหัสธรรมชาติของแบคทีเรีย Caulobacter crescentus ซึ่งเป็นแบคทีเรียที่ไม่เป็นอันตรายซึ่งอาศัยอยู่ในน้ำจืดทั่วโลก
กว่าทศวรรษที่ผ่านมา ทีมที่นำโดยนักพันธุศาสตร์ Craig Venter ได้สร้างแบคทีเรีย "สังเคราะห์" ตัวแรกขึ้นมา ในระหว่างการทำงาน นักวิทยาศาสตร์ได้สังเคราะห์สำเนาของจีโนม Mycoplasma mycoides จากนั้นจึงนำไปฝังลงในเซลล์พาหะ ซึ่งต่อมากลายเป็นว่าสามารถทำงานได้อย่างสมบูรณ์และยังคงรักษาความสามารถในการสืบพันธุ์ของตัวเองได้
การศึกษาใหม่ยังคงทำงานของ Kreiger ต่อไป หากก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์สร้างแบบจำลองดิจิทัลของ DNA ของสิ่งมีชีวิตจริง และสังเคราะห์โมเลกุลจากมัน โครงการใหม่นี้จะดำเนินต่อไปอีกขั้นโดยใช้รหัส DNA ดั้งเดิม นักวิทยาศาสตร์ได้ปรับปรุงมันใหม่อย่างกว้างขวางก่อนที่จะสังเคราะห์และทดสอบการทำงานของมัน
นักวิจัยเริ่มต้นด้วยจีโนม C. crescentus ดั้งเดิมซึ่งมียีน 4000 ยีน เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ยีนเหล่านี้ส่วนใหญ่ไม่มีข้อมูลใดๆ และเป็น "DNA ขยะ" หลังจากการวิเคราะห์ นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปว่ามีเพียงประมาณ 680 ตัวเท่านั้นที่จำเป็นในการรักษาชีวิตของแบคทีเรียในห้องปฏิบัติการ
หลังจากกำจัด DNA ขยะและได้รับจีโนม C. crescentus ขั้นต่ำแล้ว ทีมงานยังคงทำงานต่อไป DNA ของสิ่งมีชีวิตมีลักษณะพิเศษคือการมีความซ้ำซ้อนในตัว ซึ่งประกอบด้วยความจริงที่ว่าการสังเคราะห์โปรตีนชนิดเดียวกันนั้นถูกเข้ารหัสโดยยีนที่แตกต่างกันในหลายส่วนของห่วงโซ่ นักวิจัยได้แทนที่ตัวอักษร DNA มากกว่า 1/6 ของ 800 ตัวในการเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อลบโค้ดที่ซ้ำกัน
“ต้องขอบคุณอัลกอริธึมของเรา เราได้เขียนจีโนมใหม่ทั้งหมดให้เป็นลำดับใหม่ของตัวอักษร DNA ที่ไม่เหมือนกับต้นฉบับอีกต่อไป” บีท คริสเทน ผู้ร่วมวิจัยกล่าว “ในเวลาเดียวกัน การทำงานทางชีวภาพในระดับการสังเคราะห์โปรตีนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง”
เพื่อทดสอบว่าห่วงโซ่ผลลัพธ์จะทำงานได้อย่างถูกต้องในเซลล์ที่มีชีวิตหรือไม่ นักวิจัยได้ขยายสายพันธุ์แบคทีเรียที่มีทั้งจีโนมของคอโลแบคเตอร์ตามธรรมชาติและส่วนของจีโนมเทียมใน DNA ของมัน นักวิทยาศาสตร์ได้ปิดยีนธรรมชาติแต่ละตัวและทดสอบความสามารถของยีนเทียมในการทำหน้าที่ทางชีววิทยาแบบเดียวกัน ผลลัพธ์ที่ได้ค่อนข้างน่าประทับใจ: ยีนเทียมประมาณ 580 จาก 680 ยีนสามารถทำงานได้
“ด้วยความรู้ที่ได้รับ เราจะสามารถปรับปรุงอัลกอริทึมของเราและพัฒนาจีโนม 3.0 เวอร์ชันใหม่ได้” คริสเตนกล่าว “เราเชื่อว่าในอนาคตอันใกล้นี้ เราจะสร้างเซลล์แบคทีเรียที่มีชีวิตซึ่งมีจีโนมสังเคราะห์อย่างสมบูรณ์”
ในระยะแรก การศึกษาดังกล่าวจะช่วยให้นักพันธุศาสตร์ตรวจสอบความถูกต้องของความรู้ในด้านการทำความเข้าใจ DNA และบทบาทของยีนแต่ละตัวในนั้น เนื่องจากข้อผิดพลาดในการสังเคราะห์สายโซ่จะนำไปสู่ความจริงที่ว่าสิ่งมีชีวิตที่มี จีโนมใหม่จะตายหรือชำรุด ในอนาคตจะนำไปสู่การเกิดขึ้นของจุลินทรีย์สังเคราะห์ที่จะถูกสร้างขึ้นสำหรับงานที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ไวรัสประดิษฐ์จะสามารถต่อสู้กับญาติตามธรรมชาติได้ และแบคทีเรียชนิดพิเศษจะผลิตวิตามินหรือยา
การศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสาร PNAS
ที่มา: 3dnews.ru