Szybkie tworzenie genomu od podstaw

Do zsyntetyzowania od podstaw kompletnego genomu mitochondrialnego zastosowano technikę szybkiej syntezy DNA. Nowa metoda zostanie wykorzystana do szybkiego wytwarzania szczepionek przez startującą firmę o nazwie Synthetic Genomics Vaccines.

Producent genomu: Daniel Gibson, profesor Instytutu J. Craiga Ventera, opracowuje nowe sposoby łączenia DNA.

Nowa technika pozwala biologom na szybsze niż wcześniej składanie dużych fragmentów DNA z projektów edytowanych na komputerze. Naukowcy z Instytut J. Craiga Ventera w Rockville w stanie Maryland wykorzystali metodę do stworzenia całego genomu organelli komórkowych zwanego mitochondriami, co może prowadzić do terapii chorób metabolicznych. Synthetic Genomics współpracuje z gigantem farmaceutycznym Novartis, aby przyspieszyć rozwój szczepionek przeciw grypie przy użyciu tego podejścia.

Dzięki możliwości szybkiej syntezy DNA możemy stworzyć nową szczepionkę z nasion przeciwko grypie w ciągu 24 godzin lub krócej, mówi J. Craig Venter , założyciel i prezes instytutu. Wyprodukowanie nowej szczepionki przeciw grypie zajmuje teraz kilka miesięcy.

Przed każdym sezonem grypowym epidemiolodzy monitorują szybko rozwijający się wirus grypy przez kilka miesięcy, a Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) zgaduje, które trzy szczepy najprawdopodobniej się rozprzestrzenią. Następnie WHO opracowuje osłabione wersje tych wirusów, a te zapasy nasion są dystrybuowane do producentów szczepionek, którzy inkubują osłabioną szczepionkę wirusową w jajach kurzych, co zajmuje 35 dni.

Naukowcy z Instytutu J. Craiga Ventera pod kierownictwem profesora instytutu Daniel Gibson , opracowali technikę syntetyzowania odcinków DNA w zakresie rozmiarów genomów wirusowych. Przy odpowiednim materiale wyjściowym proces można przeprowadzić w kilka godzin.

Pracując z sekwencją DNA zapisaną w pliku komputerowym, naukowcy najpierw podzielili ją na nakładające się na siebie części, które są wystarczająco małe, aby można je było szybko i ekonomicznie wytworzyć z chemikaliów w butelkach. Odbywa się to za pomocą standardowej maszyny zwanej syntezatorem DNA. Kilka odcinków DNA jest następnie łączonych z mieszanką enzymów, które łączą je w około 15 minut. Dłuższe kawałki są ponownie łączone ze sobą i ta sama mieszanka enzymów łączy je w jeszcze dłuższą uporządkowaną sekwencję. Kluczem, jak mówi Gibson, było znalezienie odpowiedniej kombinacji trzech enzymów, aby połączyć wszystkie fragmenty DNA.

Tej wiosny grupa Gibsona zastosowała bardziej pracochłonną technikę do wykonania pierwszego ogniwa syntetycznego. Zmodyfikowali genom bakteryjny na komputerze, zsyntetyzowali go za pomocą drożdży, a następnie przeszczepili do innego gatunku bakterii. Użycie drożdży do złożenia genomu zajmuje trochę czasu, ponieważ drożdże muszą rosnąć przez noc, aby połączyć ze sobą fragmenty DNA. Drożdże są nadal potrzebne do stworzenia czegoś tak dużego jak cały genom bakteryjny, ponieważ mogą pracować z dużo większą ilością DNA niż chemikalia użyte w nowej metodzie.

Aby stworzyć mniejsze genomy, w tym genomy szczepionek, naukowcy z Instytutu Venter nie potrzebują drożdży. Gibson mówi, że jeśli już stworzyli krótsze początkowe fragmenty DNA, mogą w ciągu jednego dnia złożyć cały zapas nasion szczepionki lub genom organelli komórkowych, takich jak mitochondria. Właśnie to zrobili w pracy opisanej w artykule opublikowanym w tym tygodniu w czasopiśmie Metody natury .

Mitochondrium jest istotną częścią wszystkich komórek zwierzęcych, odgrywa główną rolę w metabolizmie i ma własny genom. Choroby mitochondrialne mogą prowadzić do głuchoty, cukrzycy, osłabienia mięśni, trudności w uczeniu się i wielu innych problemów. Używając metody szybkiej syntezy DNA do badania mitochondriów, mamy nadzieję zobaczyć, co powoduje te problemy na poziomie genetycznym i zobaczyć, czy uda nam się je naprawić, mówi Gibson.

W ciągu najbliższych trzech lat Syntetyczne szczepionki genomowe nawiąże współpracę z Novartis, aby wykorzystać te metody do wytwarzania zapasów szczepionek przeciwko grypie. Novartis pracuje nad metodą hodowli szczepionek opartą na komórkach, która zastąpi jaja kurze, które są obecnie używane do hodowli szczepionek. Wyeliminowałoby to potrzebę adaptacji wirusów dla ptaków, co wydłuża czas i powinno być generalnie szybsze. Podejście to nie zostało jeszcze zatwierdzone przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków, ale trwają próby.

Venter mówi, że szybsza technika syntezy DNA może również umożliwić dotrzymanie kroku jeszcze szybciej ewoluującym patogenom, które zmieniają się zbyt szybko, by konwencjonalne szczepionki mogły nadążyć. Obejmuje to HIV, malarię i rinowirus – jedną z przyczyn przeziębienia.

ukryć