Syntetická DNA se může zdát jako sci-fi, ale rychle se stává realitou. Vědci vytvořili kvasinkovou buňku obsahující více než 50 % umělého genomu, včetně prvního plně umělého chromozomu na světě.
Vědci již dříve produkovali umělé bakteriální a virové genomy, ale dalším krokem byla eukaryota, buňka, ve které je celý genom umístěn v jádře vázaném na membránu. Kvasinky k tomu mohly být přirozenou volbou, jako je pekařské droždí (Vinné kvasnice) má kompaktní genom pouze 16 chromozomů a má vrozenou schopnost spojovat DNA dohromady.
Nicméně výzkumníci zapojení do projektu Synthetic Yeast Genome (Sc2.0) chtěli udělat něco trochu jiného než jednoduše syntetizovat DNA tím, že dali kvasinkám „designérský“ genom. „Rozhodli jsme se, že je důležité vyrobit něco, co bylo velmi úzce modifikováno přírodním designem,“ řekl v novinách hlavní autor a vedoucí Sc2.0 Jeff Buckey. prohlášení. „Naším hlavním cílem bylo vybudovat kvasinku, která by nás mohla naučit novou biologii.“
Vytvoření umělého genomu
Tým nejprve z genomu odstranil takzvanou „junk“ DNA a nahradil ji čerstvými úryvky DNA, které jim pomohly rozlišit syntetické a původní geny, a poté změnil pořadí genů. Bylo také třeba provést další zásadní odstranění – geny tRNA.
Zatímco proteiny, které kódují, hrají klíčovou roli uvnitř buněk, geny tRNA také způsobují, že genom kvasinek je nestabilní. V revolučním kroku je vědci odstranili a přenesli na zcela nový „nový chromozom“ založený na genech t-RNA. „Nový chromozom tRNA je prvním zcela umělým chromozomem na světě,“ řekl spoluautor Patrick Yezi Cai. „Nic takového v přírodě neexistuje.“
Spolu s novým chromozomem vědci sestavili každý chromozom nezávisle, než vytvořili 16 částečně umělých kmenů kvasinek, z nichž každý obsahoval 15 normálních a jeden umělý chromozom.
Dejte kousky dohromady
Pak přišla ta nejtěžší část: shromáždit všechny umělé chromozomy do jediné kvasinkové buňky. Jednalo se o kombinaci klasické genetické techniky – hybridizace – a některých zcela nových přístupů. Hybridizace byla pomalá, a zatímco výsledné kvasinky obsahovaly více než 30 % syntetických genomů, výzkumníci hledali více.
Po použití nové metody zvané chromozomová náhrada a technologie podobné CRISPR/Cas9 k opravě genetických defektů se jim podařilo získat jedinou kvasinkovou buňku obsahující více než 50 % syntetické DNA. Manipulace s jeho genomem mohla způsobit, že kvasinky rostou nebo vypadají abnormálně, ale díky pečlivé výrobě kvasinky přežily a rozmnožovaly se podobně jako divoké kvasinky.
„Tým nyní přepsal operační systém začínajících kvasinek, čímž otevřel novou éru inženýrské biologie – od šťouchání se s hrstkou genů k de novo navrhování a budování celých genomů,“ řekl Kay.
Další kroky
Droždí je již dlouho základem při výrobě potravin a nápojů – to je důvod, proč máme slušný chléb a pivo, každý říká „Děkuji, droždí“ – a ve vědě za výrobu chemikálií a jako modelový organismus. Pomocí syntetické DNA můžeme v těchto oblastech učinit mnoho pokroků, jak ve svém článku vysvětlil Ben Blunt, jeden z předních vědců. prohlášení.
„Umělé chromozomy jsou samy o sobě ohromným technickým úspěchem, ale také nám otevřou řadu nových možností pro to, jak studujeme a aplikujeme biologii. To by mohlo sahat od vytváření nových mikrobiálních kmenů pro ekologičtější bioprodukci až po pomoc při pochopení a kontrole nemocí.“ .“
Dalším krokem bude spojení všech 16 umělých chromozomů do jediné kvasinkové buňky. Není to snadné, ale výzkumníci jsou optimističtí. „Nyní jsme daleko od cílové čáry mít všech 16 chromozomů v jedné buňce,“ řekl Bucky.
„Rád tomu říkám konec začátku, ne začátek konce, protože pak opravdu budeme moci začít míchat ten povrch a vyrábět kvásek, který dokáže věci, které jsme nikdy předtím neviděli.“
Studie je publikována v časopise buňka.
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
