Мир на один шаг ближе к новому синтетическому организму.
Ученые создали пять синтетических хромосом дрожжей и поместили их внутри дрожжевых клеток. В хромосомах состоят из обычных букв, или пар оснований, которые составляют ДНК, но последовательность немного отличается от тех , которые естественно в дрожжах.
Новые хромосомы могли бы помочь ответить на фундаментальные вопросы науки, например, что является целью частей ДНК, которые не кодируют гены, они также могут быть полезны для производства лекарств таких как раковые антитела в массовом масштабе.
Создание генома
В 2010 году удалось создать первый живой организм с полностью синтетическим геномом, бактерией под названием Mycoplasma mycoides. Другие лаборатории модифицировали гены, необходимые для жизни, создавая бактерии с синтетическими геномами, содержащими наименьшие гены, необходимые для жизни. В 2014 году синтезировали первую искусственную дрожжевую хромосому.
Новые усилия являются частью более крупного проекта под названием «Проект синтетического дрожжевого генома» (Sc2.0), который призван заменить все 16 хромосом дрожжей синтетическими версиями. Как только эти синтетические версии будут заменены натуральными, их можно модифицировать так, чтобы полученные дрожжи производили промышленные химикаты, антибиотики или даже более вкусное поддельное мясо.
Чтобы построить синтетические геномы, ученые сначала посмотрели на компьютерные файлы, содержащие все генетические данные из природных дрожжей Бейкера, внесли изменения в эталонные геномы в компьютерных файлах. Оттуда файлы разбиваются на более мелкие последовательности, которые соответствуют тому, что можно сделать в лаборатории.
Оттуда синтезированы отдельные пары оснований или буквы ДНК затем использована шаблоны для сборки небольших фрагментов ДНК, которые затем были собраны вместе. Эти несколько более крупные фрагменты помещались в дрожжи. Дрожжевые клетки используют метод, называемый гомологичной рекомбинацией для восстановления поврежденной ДНК. Ученые воспользовались этой возможностью, чтобы ячейка заменила его реальный генетический код и заменила его синтетическими фрагментами ДНК. Делая этот процесс снова и снова, команда в конечном итоге заменила пять хромосом дрожжей синтетическими копиями.
«Одна из удивительных вещей заключается в том, что просто кладем ДНК в клетки, а дрожжевые клетки организуют ее в хромосомах».
Это значительно облегчает процесс создания синтетических хромосом, учитывая, что хромосомы состоят из ДНК, плотно намотанной вокруг маленьких катушек, известных как гистоны, которые также модифицируются отдельными химическими веществами. Поскольку клетки млекопитающих не имеют гомологичной рекомбинации, было бы сложнее собрать хромосому млекопитающих.
Синтетические геномы очень похожи на естественные, но исследователи удалили некоторые из генов, которые, как они подозревают, были ненужными. Они также удалили одну из трехбуквенных последовательностей, которые говорят клетке прекратить читать фрагмент ДНК и перевести ее в белок, известный как стоп-кодон. Цель состоит в том, чтобы в конечном счете перевернуть этот стоп-кодон, чтобы потенциально создать совершенно новые формы аминокислот.
Долгосрочные цели
Команда надеется, что, создав полностью синтетические дрожжи, они могут ответить на основные вопросы о роли ДНК. Например, часто повторяются последовательности ДНК, которые, по мнению многих ученых, являются обломками, оставшимися от вирусных инфекций в прошлом дрожжей. Удалив эти фрагменты, исследователи могут эффективно протестировать эти идеи. Ученые могли также создавать сложные молекулы, такие как белки антител с сахаром, используемые при новых методах лечения рака, которые обычно должны быть сделаны в дорогих культурах клеток млекопитающих.
«Узнаем ли мы об этом в более крупных проектах по созданию генома у свиней и человека, которые еще предстоит выяснить».
Интересно, что в проекте использовался многозначительный инструмент для редактирования вырезки и вставки под названием CRISPR только для 31 генетического изменения из более чем 5 миллионов писем, собранных в проекте. В то время как CRISPR продвигается как революционный способ создания сквозных изменений в геноме, он имеет довольно высокую частоту ошибок, составляющую около 50 процентов для каждого внесенного изменения.
Учитывая, что в будущем ученые могут с большей вероятностью синтезировать большие полосы генома, используя этот метод, а затем просто заменяют его, потому что общая частота ошибок ниже, чем внесение многих крошечных изменений на основе букв с использованием CRISPR. Это может быть особенно актуально для таких вещей, как гуманизированные свиньи, которые, по мнению ученых, потребуют многих генетических изменений.
