211service.com
Przeszczepianie genomu
Zapomnij o nerkach i sercach: pionier genomiki J. Craig Venter jest inicjatorem znacznie mniejszej procedury transplantacji. Naukowcy z Instytut J. Craiga Ventera w stanie Maryland przenieśli cały genom z jednej bakterii do drugiej. Mówią o odkryciach, które są opisane dzisiaj w czasopiśmie Nauka , oznaczają znaczący postęp w kierunku stworzenia syntetycznych genomów. Venter i jego koledzy ostatecznie zamierzają zbudować genomy od podstaw i przeszczepić je do komórek bakteryjnych w celu stworzenia niestandardowych mikroorganizmów produkujących paliwo.
Błąd pioniera: J. Craig Venter ogłosił w tym tygodniu, że jego instytut przeszczepił genom bakteryjny, przekształcając jeden gatunek w inny. Dolny obraz przedstawia kolonie przekształconych Mycoplasma mycoides bakteria.
Ten artykuł jest punktem zwrotnym w inżynierii biologicznej, powiedział Barbara Jasny , Nauka zastępca redaktora naczelnego, na konferencji prasowej w środę. Przenosi nas od umiejętności przenoszenia jednego genu lub zestawu genów do umiejętności przenoszenia nienaruszonego genomu.
Naukowcy zaczęli od dwóch gatunków mykoplazm, rodzaju bakterii, które nie mają ścian komórkowych i mają bardzo małe genomy. Następnie wyizolowali DNA jednego gatunku, któremu nadano dodatkowy gen, aby uczynić go odpornym na antybiotyk, i przeszczepili je przez błonę komórkową drugiego gatunku. Gdy bakteria gospodarza rosła i dzieliła się w obecności tego antybiotyku, komórki niosące oryginalne chromosomy znikały, pozostawiając tylko komórki zawierające przeszczepiony chromosom. Co najważniejsze, bakteria żywiciela przyjęła cechy molekularne dawcy. Cały repertuar białek się zmienia, powiedział Venter na konferencji prasowej.
Dla zespołu Ventera przeszczep genomu to krok w kierunku inżynierii maszyn mikrobiologicznych, aby wydajnie wytwarzać paliwo. Naukowcy próbują obecnie połączyć syntetyczną wersję genomu Mycoplasma genitalium , bakteria znajdująca się w ludzkich narządach płciowych, którą grupa Ventera bada od ponad dekady. Przestawiając lub usuwając określone fragmenty syntetycznego genomu i umieszczając go w gospodarzu bakteryjnym, naukowcy powinni być w stanie ustalić, które geny są kluczowe dla funkcjonowania organizmu – w istocie jest to minimalny genom. Ten minimalny genom można następnie zmodyfikować tak, aby zawierał geny produkujące paliwo, a cały łańcuch DNA można by przeszczepić do nosiciela bakterii.
Oprócz badań prowadzonych w jego instytucie, Venter założył również startup z siedzibą w Maryland o nazwie Genomika syntetyczna . (Patrz Budowanie robaka do zbierania oleju.) Firma, która współpracuje z BP, ma nadzieję skomercjalizować bakterie do zastosowań energetycznych.
Jednak niektórzy naukowcy kwestionują, czy minimalny genom jest niezbędny do stworzenia użytecznych bakterii. Nie jest jasne, dlaczego minimalna komórka lub komórka zaprojektowana przez przeszczep całego genomu byłaby bardziej opłacalna niż samo wstawienie lub zmiana kilku genów w bardziej wytrzymałym genomie, mówi Kościół Jerzego , genetyk z Harvard Medical School w Bostonie. Wskazuje, że synteza nawet najmniejszego genomu kosztowałaby szacunkowo 10 milionów dolarów przy dzisiejszej technologii. W rzeczywistości inne firmy majstrują przy istniejących drobnoustrojach, aby zaprojektować fabryki paliw biologicznych. (Zobacz Lepsze biopaliwo .)
Jednak Venter powiedział, że jego podejście wyeliminuje wrodzone cechy biologiczne, które utrudniają rozległą inżynierię biologiczną. Na przykład nieistotny proces metaboliczny może wyssać prekursor molekularny potrzebny do produkcji paliwa. Ponadto, powiedział Venter, istniejące organizmy mają zdolność szybkiej ewolucji. W biologii syntetycznej nie chcesz systemu, który sam ewoluuje w coś innego. Chcemy od samego początku wyeliminować te elementy z komórki.
Technika transferu genomu jest podobna do transferu jądra – używanego do klonowania owcy Dolly – w którym jądro dorosłej komórki jest przenoszone do jaja. Ale sprawienie, by ten proces zadziałał w bakteriach, było trudniejsze. Naukowcy przypuszczają, że białka jądrowe przenoszone wraz z DNA podczas przenoszenia jądra mogą pomóc w tym procesie. Bakterie nie mają jądra iw tym eksperymencie tylko DNA zostało przeniesione do komórki gospodarza. Naukowcy zrobili to celowo, aby pokazać, że do pomyślnego przeprogramowania bakterii żywiciela potrzebne jest tylko DNA – właściwość, która będzie niezbędna, gdy naukowcy będą gotowi do przeszczepienia całkowicie syntetycznych genomów.
Naukowcy nie do końca rozumieją, jak działał transfer genomu, zwłaszcza jak zniknął genom gospodarza. I nie jest jeszcze jasne, jak dobrze ta technika zadziała w przypadku innych bakterii lub bardziej złożonych organizmów. Większość bakterii posiada mechanizm obronny, który rozcina każdy obcy DNA, który dostanie się do komórki, więc naukowcy musieliby znaleźć sposób na zablokowanie enzymów degradujących DNA u każdego z różnych gatunków, zanim mogliby z powodzeniem przeszczepić do nich obce genomy.