Tất cả các chuỗi DNA của các dạng sống được các nhà khoa học nghiên cứu đều được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu thuộc sở hữu của Trung tâm Thông tin Công nghệ sinh học Quốc gia Hoa Kỳ. Và vào ngày 1 tháng 2.0, một mục mới xuất hiện trong cơ sở dữ liệu: “Caulobacter ethensis-2.0.” Đây là bộ gen tổng hợp được mô hình hóa hoàn toàn bằng máy tính và sau đó được tổng hợp đầu tiên trên thế giới, được phát triển bởi các nhà khoa học từ ETH Zurich (ETH Zurich). Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng mặc dù bộ gen của C. ethensis-XNUMX đã được thu thập thành công dưới dạng một phân tử DNA lớn nhưng sinh vật sống tương ứng vẫn chưa tồn tại.
Công việc nghiên cứu được thực hiện bởi Beat Christen, giáo sư sinh học hệ thống thực nghiệm và anh trai ông, Matthias Christen, một nhà hóa học. Bộ gen mới, được gọi là Caulobacter ethensis-2.0, được tạo ra bằng cách làm sạch và tối ưu hóa mã tự nhiên của vi khuẩn Caulobacter crescentus, một loại vi khuẩn vô hại sống ở nước ngọt trên khắp thế giới.
Hơn một thập kỷ trước, một nhóm do nhà di truyền học Craig Venter dẫn đầu đã tạo ra loại vi khuẩn “tổng hợp” đầu tiên. Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã tổng hợp một bản sao của bộ gen Mycoplasma mycoides, sau đó nó được cấy vào tế bào mang, tế bào này sau đó hoàn toàn có khả năng tồn tại và duy trì khả năng tự sinh sản.
Nghiên cứu mới tiếp tục công việc của Kreiger. Nếu trước đây các nhà khoa học đã tạo ra một mô hình kỹ thuật số DNA của một sinh vật thực và tổng hợp một phân tử dựa trên nó, thì dự án mới sẽ tiến xa hơn bằng cách sử dụng mã DNA gốc. Các nhà khoa học đã làm lại nó một cách rộng rãi trước khi tổng hợp và thử nghiệm chức năng của nó.
Các nhà nghiên cứu bắt đầu với bộ gen ban đầu của C. crescentus, chứa 4000 gen. Giống như bất kỳ sinh vật sống nào, hầu hết các gen này không mang bất kỳ thông tin nào và là “DNA rác”. Sau khi phân tích, các nhà khoa học đi đến kết luận rằng chỉ cần khoảng 680 chất trong số đó để duy trì sự sống của vi khuẩn trong phòng thí nghiệm.
Sau khi loại bỏ DNA rác và thu được bộ gen tối thiểu của C. crescentus, nhóm tiếp tục công việc của mình. DNA của các sinh vật sống được đặc trưng bởi sự hiện diện của sự dư thừa tích hợp, bao gồm thực tế là sự tổng hợp của cùng một loại protein được mã hóa bởi các gen khác nhau trong một số phần của chuỗi. Các nhà nghiên cứu đã thay thế hơn 1/6 trong số 800 chữ cái DNA để tối ưu hóa loại bỏ mã trùng lặp.
Beat Christen, đồng tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Nhờ thuật toán của chúng tôi, chúng tôi đã viết lại hoàn toàn bộ gen thành một chuỗi các chữ cái DNA mới không còn giống với bản gốc”. “Đồng thời, chức năng sinh học ở mức độ tổng hợp protein vẫn không thay đổi.”
Để kiểm tra xem chuỗi kết quả có hoạt động bình thường trong tế bào sống hay không, các nhà nghiên cứu đã nuôi cấy một chủng vi khuẩn có cả bộ gen Caulobacter tự nhiên và các đoạn của bộ gen nhân tạo trong DNA của nó. Các nhà khoa học đã tắt các gen tự nhiên riêng lẻ và kiểm tra khả năng của các gen nhân tạo tương tự để thực hiện vai trò sinh học tương tự. Kết quả khá ấn tượng: khoảng 580 trong số 680 gen nhân tạo có chức năng.
Kristen cho biết: “Với kiến thức thu được, chúng tôi sẽ có thể cải thiện thuật toán của mình và phát triển phiên bản mới của bộ gen 3.0”. “Chúng tôi tin rằng trong tương lai gần, chúng tôi sẽ tạo ra các tế bào vi khuẩn sống với bộ gen tổng hợp hoàn toàn”.
Ở giai đoạn đầu, những nghiên cứu như vậy sẽ giúp các nhà di truyền học kiểm tra tính chính xác của kiến thức của họ trong lĩnh vực hiểu DNA và vai trò của từng gen trong đó, vì bất kỳ sai sót nào trong quá trình tổng hợp chuỗi sẽ dẫn đến thực tế là sinh vật có bộ gen mới sẽ chết hoặc bị khiếm khuyết. Trong tương lai, chúng sẽ dẫn đến sự xuất hiện của các vi sinh vật tổng hợp sẽ được tạo ra cho các nhiệm vụ đã định trước. Virus nhân tạo sẽ có thể chống lại họ hàng tự nhiên của chúng và các vi khuẩn đặc biệt sẽ tạo ra vitamin hoặc thuốc.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí PNAS.
Nguồn: 3dnews.ru