Syntezowanie genomu od podstaw

W technicznym tour de force naukowcy z Instytut J. Craiga Ventera , w Rockville, MD, zsyntetyzowali genom bakterii Mycoplasma genitalium całkowicie od podstaw. Osiągnięcie to jest krokiem milowym w tworzeniu precyzyjnie zaprojektowanych maszyn mikrobiologicznych zdolnych do wytwarzania biopaliw i wykonywania innych przydatnych funkcji.

Genomy syntetyczne: Pokazano tutaj okrągły fragment DNA zsyntetyzowany od podstaw – pierwszy genom bakteryjny, który powstał w ten sposób.

To naprawdę przełomowe, że można syntetycznie zbudować genom bakterii, mówi Chris Voigt , biolog syntetyczny z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco, który nie był zaangażowany w projekt. Jest większy o rzędy wielkości niż to, co zostało zrobione wcześniej.

Biolodzy tworzący organizmy modyfikowane genetycznie rutynowo teraz zamawiają fragmenty DNA o długości od 10 000 do 20 000 par zasad – wystarczająco duże, aby włączyć geny dla pojedynczego szlaku metabolicznego. Pozwala to naukowcom na projektowanie drobnoustrojów, które mogą wykonywać określone zadania, ale zdolność do syntezy całych genomów może zapewnić zupełnie nowy poziom kontroli nad projektem biologicznym. (Zobacz Bakterie zabijające guzy .)

W nowym badaniu naukowcy zamówili 101 fragmentów DNA, obejmujących całość Mykoplazma genom, od komercyjnych firm zajmujących się syntezą DNA. Fragmenty te zostały zaprojektowane tak, aby każdy w niewielkim stopniu nakładał się na sąsiednią sekwencję; te zachodzące na siebie odcinki sklejają się ze sobą dzięki chemicznym właściwościom DNA. Następnie badacze powiązali fragmenty kawałek po kawałku, uzyskując ostatecznie pełną 582 970 parę zasad Mykoplazma sekwencja. Wyniki zostały opublikowane w czwartek w wydanie online z Nauka .

Uważamy to za drugi i znaczący krok w trzyetapowym procesie naszej próby stworzenia pierwszego organizmu syntetycznego – mówi Craig Venter, prezes Instytutu Ventera. Venter i jego koledzy chcą ostatecznie stworzyć minimalny genom – jeden z najmniejszą liczbą genów potrzebnych do podtrzymania życia. Wskazanie minimalnego genomu rzuci światło na kluczowe procesy komórkowe i zapewni podstawę do projektowania wyrafinowanych organizmów syntetycznych. Ostatecznie chcemy zaprojektować ogniwa, które mogłyby funkcjonować w solidny sposób, aby wytwarzać unikalne biopaliwa, mówi Venter.

Kolejnym krokiem naukowców będzie wykazanie, że genom syntetyczny działa tak, jak powinien. Mamy cały genom złożony w probówce, ale musimy przeszczepić go do komórki innego gatunku, aby pokazać, że może ona zrestartować komórkę, mówi Hamilton Smith, laureat Nagrody Nobla, który nadzorował projekt w Instytucie Venter. W zeszłym roku grupa Smitha przeszczepiła genom jednego gatunku Mykoplazma w inny, pokazując, że ten rodzaj przeszczepu jest możliwy. (Zobacz Przeszczepianie genomu .)

Chociaż synteza genomu może być imponująca z naukowego punktu widzenia, nie jest to jeszcze praktyczny sposób na zaprojektowanie drobnoustrojów do produkcji biopaliw. Zamiast tego kilka firm, w tym Genomika syntetyczna , firma biotechnologiczna założona przez Ventera w celu wytwarzania energii z drobnoustrojów, wykorzystuje bardziej tradycyjne techniki inżynierii metabolicznej do generowania bakterii produkujących paliwo. (Patrz Budowanie lepszych biopaliw.) To, co robimy z syntetycznymi chromosomami, będzie procesem projektowania na przyszłość, mówi Venter.

Inni w terenie są podekscytowani tą perspektywą. Możliwość syntezy genomów otwiera nowy świat, mówi Voigt. Możesz budować rzeczy na skalę genomu. Na przykład, jak mówi, naukowcy opracowują teraz bakterie, które wykonują różne etapy konwersji biomasy w etanol – jeden szczep rozkłada biomasę, drugi wytwarza etanol. Ale najlepiej byłoby, gdyby naukowcy mogli połączyć te procesy, aby stworzyć jeden organizm, który mógłby jeść biomasę i wypluwać paliwo. (Zobacz Cena £ z Biopaliwa .) To wymagałoby projektowania w skali genomu, mówi Voigt.

Porównuje obecny projekt, który wymagał wielu kroków w celu sklejenia fragmentów, z ostatnimi komputerami zaprojektowanymi przed wprowadzeniem zautomatyzowanej produkcji i technik mikrofabrykacji. Podobne postępy są potrzebne w przypadku bardziej ambitnych projektów syntezy genomu. Wciąż musimy opracować „jednoetapowe” metody konstrukcji genomu, aby obniżyć koszty i skrócić czas konstrukcji genomu, mówi Drew Endy, biolog syntetyczny z MIT.

ukryć