Усі послідовності ДНК досліджених вченими форм життя зберігаються у базі даних, що належить Національному центру біотехнологічної інформації США. І 1 квітня у базі даних з'явився новий запис: «Caulobacter ethensis-2.0». Це перший у світі повністю змодельований на комп'ютері, а потім синтезований синтетичний геном живого організму, розроблений вченими з ETH Zurich (Швейцарської вищої технічної школи Цюріха). Однак слід підкреслити, що хоча геном C. ethensis-2.0 успішно був отриманий у вигляді великої молекули ДНК, відповідного живого організму поки що не існує.
Дослідницьку роботу провели Біт Крістен, професор експериментальної системної біології, та його брат Маттіас Крістен – хімік. Новий геном, названий Caulobacter ethensis-2.0, був створений шляхом очищення та оптимізації природного коду бактерії Caulobacter crescentus — нешкідливої бактерії, яка живе у прісній воді по всьому світу.
Понад десять років тому команда під керівництвом генетика Крейга Вентера створила першу «синтетичну» бактерію. У ході своєї роботи вчені синтезували копію геному Mycoplasma mycoides, потім він був імплантований в клітину-носій, яка після цього виявилася повністю життєздатною і зберегла здатність до самовідтворення.
Нове дослідження продовжує роботу Крейгера. Якщо раніше вчені створили цифрову модель ДНК реального організму і її основі синтезували молекулу, новий проект йде далі, використовуючи оригінальний код ДНК. Вчені значно переробили його, перш ніж синтезувати та перевірити працездатність.
Дослідники почали з оригінального геному C. crescentus, що містить 4000 генів. Як і в будь-яких живих організмів, більшість цих генів не несе жодної інформації і є «сміттєвою ДНК». Після проведеного аналізу вчені дійшли висновку, що лише близько 680 їх необхідні підтримки життя бактерії в лабораторії.
Після видалення «сміттєвої ДНК» та отримання мінімального геному C. crescentus команда продовжила роботу. Для ДНК живих організмів характерна наявність вбудованої надмірності, що полягає в тому, що синтез одного й того ж білка кодується різними генами в кількох ділянках ланцюга. Дослідники замінили більше 1/6 з 800 000 букв ДНК під час оптимізації видалення дублюючого коду.
«Завдяки нашому алгоритму, ми повністю переписали геном у нову послідовність букв ДНК, яка більше не схожа на вихідну», — каже Біт Крістен, провідний автор дослідження. "При цьому біологічна функція на рівні синтезу білка залишилася без змін".
Щоб перевірити, чи буде отриманий ланцюжок працювати належним чином у живій клітині, дослідники виростили штам бактерій, які мали у своєму ДНК як природний геном Caulobacter, так і сегменти штучного геному. Вчені вимикали окремі природні гени та перевіряли здатність їх штучних аналогів виконувати ту ж біологічну роль. Результат виявився досить вражаючим: близько 580 із 680 штучних генів виявилися працездатними.
"Завдяки отриманим знанням ми зможемо покращити наш алгоритм і розробити нову версію геному 3.0", - говорить Крістен. "Ми вважаємо, що в найближчому майбутньому створимо живі бактеріальні клітини з повністю синтетичним геномом".
На першій стадії такі дослідження допоможуть генетикам перевірити вірність своїх знань у сфері розуміння ДНК та ролі окремих генів у ньому, тому що будь-яка помилка в синтезі ланцюжка призведе до того, що організм з новим геномом загине або буде неповноцінним. У майбутньому вони призведуть до появи синтетичних мікроорганізмів, які будуть створюватися для заздалегідь певних завдань. Штучні віруси зможуть боротися з їхніми природними родичами, а спеціальні бактерії вироблятимуть вітаміни чи ліки.
Дослідження було опубліковано у журналі PNAS.
Джерело: 3dnews.ru