Chromosomy projektantów wskazują na nowe syntetyczne formy życia

Naukowcy próbują stworzyć pokazane powyżej komórki drożdży z całkowicie sztucznym DNA.

Międzynarodowy zespół naukowców zbliża się do celu, jakim jest zastąpienie całego materiału genetycznego w komórce drożdży zaprojektowanym DNA wydrukowanym w laboratorium. Wysiłek, aby wyposażyć drożdże piekarskie w sztuczne chromosomy, sygnalizuje krok w kierunku, jak mówią biolodzy, technologii drukowania ulepszonych lub zupełnie nowych form życia w laboratorium.

Projekt nazwany Drożdżami Syntetycznymi 2.0 lub Sc2.0 w skrócie, angażuje około 200 naukowców z 10 uniwersytetów. Jak informowaliśmy dzisiaj w Nauka , starannie zastąpili pięć z 16 chromosomów drożdży sztucznymi kopiami, które zostały zaprojektowane z uwzględnieniem zmian, które mogą uczynić je bardziej odpowiednimi do produkcji leków lub biopaliw.

To, co robimy, zasadniczo przyspiesza ewolucję, mówi Jef Boeke z Langone Medical Center na Uniwersytecie Nowojorskim, który kierował trwającym projektem.

W połączeniu z pierwszym syntetycznym chromosomem drożdży, stworzonym wcześniej przez ten sam zespół, struktury te stanowią ponad jedną trzecią genomu drożdży.

Praca opiera się na technologii wytwarzania nici DNA w laboratorium. Boeke powiedział, że jego zespół kupił DNA od komercyjnych dostawców, wydając około 10 centów na każdą literę DNA. W tym tempie pokrycie pełnego genomu drożdży kosztowałoby około 1,25 miliona dolarów, ale pełny koszt wysiłku, w tym pracy, jest znacznie wyższy.

Projekt drożdży syntetycznych jest podstawą znacznie bardziej ambitnego przedsięwzięcia zwanego Projekt genomu-zapis , którego częścią jest również Boeke. Jego celem jest stworzenie w pełni syntetycznego genomu roślinnego lub zwierzęcego, być może ludzkiego, chociaż nie uzyskał jeszcze niezbędnych funduszy. W zeszłym roku plany te wywołały ostrą krytykę ze strony innych naukowców, którzy stwierdzili, że takie przedsięwzięcie jest nierealne, rodzi pytania etyczne wobec projektantów i nie zostało do końca przemyślane.

Wysiłek zmierzający do stworzenia syntetycznych form życia opiera się na pomysłach zademonstrowanych po raz pierwszy w 2010 roku przez naukowców z Instytut J. Craiga Ventera w Rockville w stanie Maryland, który zastąpił genom bakterii o nazwie Mycoplasma mycoides z kopią, którą zbudowali w laboratorium.

Ale drożdże stanowią trudniejsze wyzwanie. Organizmy jednokomórkowe zawierają znacznie więcej DNA niż bakterii i są one skręcone w chromosomy, z których każdy zawiera od kilkuset do tysięcy genów. Liderzy wysiłków, w tym Boeke i Joel Bader z Johns Hopkins University, szacują, że w ciągu dwóch lat zastąpią wszystkie 16 chromosomów w drożdżach sztucznymi kopiami, a także stworzą dodatkowy, 17. chromosom.

Aby stworzyć sztuczne chromosomy, naukowcy Sc2.0 postępowali krok po kroku, stopniowo zastępując fragmenty materiału genetycznego nićmi DNA zsyntetyzowanymi maszynowo, a następnie sprawdzając, czy drożdże pozostają zdrowe. Ich praca, w tym wysiłki na rzecz debugowania odbudowanych chromosomów, została opisana dzisiaj w siedmiu artykułach naukowych .

Chociaż Boeke i jego zespół w większości skopiowali sekwencję DNA obecną już w drożdżach, zmienili ją również na kilka sposobów, w tym usuwając niepotrzebne geny, które nie mają żadnej widocznej funkcji i przenosząc duże odcinki DNA z jednego chromosomu do drugiego. Co zaskakujące, drożdże nadal rosły normalnie, nawet po znacznych zmianach. Naukowcy dodali także genetyczne tylne drzwi, aby stworzyć drożdże, którymi będzie łatwiej manipulować w przyszłości.

Daniel Gibson, naukowiec z Synthetic Genomics w La Jolla w Kalifornii uważa, że ​​techniki stosowane przez zespół drożdży nie są jeszcze wystarczająco zaawansowane, aby zbudować sztuczny ludzki genom. Po pierwsze, według niektórych szacunków niezbędne DNA kosztowałoby około 300 milionów dolarów. Zbagatelizował również obawy dotyczące potencjalnego wpływu organizmów wytworzonych przez człowieka na środowisko. Na razie, mówi Gibson, celem tych organizmów jest hodowanie ich w środowisku laboratoryjnym.

Jednak według niektórych badaczy pewnego dnia zaprojektowane ludzkie chromosomy mogą odegrać rolę w zaawansowanych terapiach genowych. Obecnie terapie genowe zwykle polegają na zastąpieniu jednego genu w ciele osoby. Naukowcy uważają jednak, że mały sztuczny chromosom może zostać użyty do zastąpienia całych sieci wadliwych genów.

Pamela Silver, bioinżynier z Harvardu, której laboratorium stara się zbudować sztuczny ludzki chromosom, ma nadzieję, że pewnego dnia naukowcy będą w stanie łatwo projektować i budować chromosomy bez potrzeby angażowania ogromnego zespołu naukowców.

Ale ten dzień jest jeszcze odległy, mówi: Bez względu na to, co zamierzasz zsyntetyzować, będziesz potrzebować skoku technologicznego, aby uczynić go szybszym i lepszym niż jest dzisiaj.

ukryć