Sintetinis genomas iš naujo paleidžia ląstelę

15 metų trunkančio projekto kulminacijoje mokslininkai iš J. Craig Venter institutas sukūrė pirmąją ląstelę, kurią valdo sintetinis genomas.

Pradedant nuo nulio: Mokslininkai iš naujo paleido bakterines ląsteles persodindami laboratorijoje pagamintą sintetinę Mycoplasma mycoides genomo versiją. Sintetinis genomas apima žymeklio geną, kuris sudaro mėlyną junginį, todėl sintetinės ląstelės sudaro mėlynas kolonijas (viršuje). Natūraliai atsirandančiame M. mycoides genome to geno trūksta, todėl laukinio tipo ląstelės sudaro baltąsias kolonijas (apačioje).

Tai pirmas kartas, kai genomo sekos informacija vėl buvo paversta gyvybe, sako Chrisas Voigtas , San Francisko Kalifornijos universiteto sintetinės biologijos specialistas, kuris projekte nedalyvavo. Tai tikrai nuostabu.

Naudodami 2008 m. sukurtą metodą, tyrėjai, vadovaujami genomikos pradininko Craigo Venterio, susintetino mažytės bakterijos, vadinamos, genomą. Mycoplasma mycoides , kuriame yra kiek daugiau nei milijonas DNR bazių porų. Tada jie persodino sintetinį genomą į susijusią bakteriją, Mycoplasma capricolum , procese, kurį jie anksčiau ištobulino naudodami nesintetines chromosomas.

Kai ląstelės gavėjos įtraukė sintetinį genomą, jos iš karto pradėjo vykdyti genome užkoduotas instrukcijas. Tik gaminamos ląstelės M. mycoides baltymų, o per kelis savaiminio replikacijos raundus dingo visi recipientės rūšies pėdsakai. Rezultatai buvo paskelbta Ketvirtadienį internetiniame žurnalo numeryje Mokslas .

Norėdami atskirti jų sintetinį genomą nuo natūraliai pasitaikančios versijos, mokslininkai į seką užkodavo vandens ženklų seriją. Jie pradėjo kurti kodą, skirtą anglų kalbos abėcėlės, taip pat skyrybos ir skaičių rašymui į DNR kalbą – dekodavimo raktas yra įtrauktas į pačią seką. Tada jie parašė savo vardus, keletą citatų ir svetainės adresą, kurį žmonės gali aplankyti, jei sėkmingai nulaužė kodą.

Kalbant apie sintetinės gyvybės kūrimą, šis projektas yra principo įrodymas: be vandens ženklų ir keleto genų ištrynimų, mažinančių rūšies gebėjimą sukelti ligas, sintetinis genomas iš esmės atkuria natūraliai susidariusį genomą. Venteris tikisi, kad ateityje sintetinė genomo technologija gali būti naudojama kuriant ir plėtojant visiškai naujus organizmus, kurių praktinis pritaikymas bus platus.

Venteris ir jo kolegos dirba su Novartis ir Nacionaliniai sveikatos institutai, siekdami supaprastinti vakcinos gamybos procesą, susintetinti kasetes – genų grupes, kurios galėtų būti įterptos į sintetinį genomą – kiekvienam žinomam gripo virusui. Jie numato sistemą, kurioje, atsiradus naujai padermei, tokiai kaip H1N1, sukurti vakciną būtų taip pat paprasta, kaip sumaišyti atitinkamus viruso fragmentus koduojančius genus į sintetinį genomą. Tada būtų galima gauti ląstelę, kurią būtų galima panaudoti greitai gaminant gaminį.

Tyrėjai taip pat bendradarbiauja su „ExxonMobil“. dumblių ląsteles pertvarkyti į gyvo kuro gamyklas, kurios anglies dioksidą efektyviai paverstų angliavandeniliais, kuriuos būtų galima perdirbti naftos perdirbimo gamyklose. Nėra jokių esamų ląstelių, kurios tą procesą atliktų pakankamai efektyviai, kad būtų ekonomiškai perspektyvus, sako Venteris.

Kiti galimi pritaikymai apima sintetinių mikrobų, galinčių išvalyti vandenį arba gaminti chemines medžiagas ar maisto ingredientus, kūrimą. Prognozuoju, kad per dešimtmetį bet kuri pramoniniuose procesuose naudojama ląstelė bus pagaminta sintetiniu būdu, sako Venteris.

Šiuo tikslu mokslininkai planuoja galiausiai sukurti universalią recipiento ląstelę, kuri galėtų paleisti bet kurį donoro genomą. Venteris teigia, kad transplantacijos procesas yra techniškai sudėtingiausias sintetinės ląstelės kūrimo aspektas, todėl būtų idealu išvengti naujo kiekvienos naujos sistemos trikčių šalinimo etapo.

Šiuo metu, sako Voigtas, didžiausia kliūtis įgyvendinant sintetinės genomikos potencialą yra atotrūkis tarp mūsų gebėjimo sintetinti DNR ir mūsų gebėjimo ją kurti. Tai bus naujos kartos tyrimai, sako jis. DNR kūrimo technologija dabar yra subrendusi, o vėliau tai bus įrankių rinkinys, skirtas ją sukurti.

Be praktinio pritaikymo, Venter taip pat tikisi, kad sintetinės ląstelės padės išsiaiškinti pagrindinius gyvybės veikimo principus ir galbūt leis mokslininkams tiksliai iššifruoti, ką daro kiekvienas bakterinės ląstelės komponentas. Nors dabar yra suskirstyti daugybės organizmų genomai, sako Venteris, mes vis dar iki galo nesuprantame, kaip veikia net paprasčiausios gyvybės formos. Norime pabandyti, kad viena iš šių ląstelių būtų geriausiai suprantama ląstelių sistema biologijoje, sako jis.

Venteris taip pat atkreipia dėmesį į tai, ką ląstelės, maitinamos genomų, pagamintų laboratorijoje iš keturių chemikalų butelių, remiantis kompiuteryje saugomomis instrukcijomis, atskleidžia, kas yra gyvybė. Jis sako, kad tai yra tiek filosofinė, tiek technologinė pažanga. Nuomonė, kad tai įmanoma, reiškia, kad bakterijų ląstelės yra programinės įrangos valdomos biologinės mašinos. Jei pakeisite programinę įrangą, sukursite naują mašiną. Aš vis dar tuo stebiuosi.

Vystymas pabrėžia faktą, kad mes išeiname iš eros, kai ląstelės ir DNR turi būti fiziškai perkeliamos iš vienos vietos į kitą, sako Voigt, į tokią, kurioje biologija yra informacijos mokslas. Dabar būtų galima nustatyti organizmo genomo seką San Franciske, seką išsiųsti el. paštu visoje šalyje ir tą organizmą pristatyti laboratorijoje Merilande. Vien tik informacija gali atkurti tą organizmą ir paversti jį gyvybe, sako Voigtas.

paslėpti