Pikim Sünteetilise DNA Tükk

2023 Autor: Peter Bradberry | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-07-27 17:19

Teadlased on loonud terve bakteri genoomi koos riiulil kasutatavate kemikaalidega.

Teadlased teatasid täna, et nad on meisterdanud bakterite genoomi nullist, liikudes ühe sammu lähemale täiesti sünteetiliste eluvormide loomisele - inimese loodud ja ehitatud elusrakkudele, et täita mitmesuguseid ülesandeid alates biokütuste tootmisest kuni süsinikdioksiidi sidumiseni.

Rockville'i osariigis asuvas J. Craigi Venteri instituudi (JCVI) teadlased teatasid veebiväljaandes Science, et nad ühendasid Mycoplasma genitalium - kõige väiksema vabalt elava bakteri, mida saab laboris kasvatada, geenid ja tavaline kuseteede infektsioonide süüdlane.

"M. genitalium'i bakteripaari 582, 970 aluspaar on suurim laboris sünteesitud keemiliselt määratletud struktuur," ütles juhtivautor Daniel Gibson e-posti teel ScientificAmerican.com-ile. (Alusepaarid on komplementaarselt seotud nukleotiidalused, näiteks adeniin – tümiin.).

"See on esimene kord, kui keemiliselt sünteesitakse bakteri suurune genoom, mis on umbes 20 korda pikem kui [sünteesitud DNA molekul]," lisab San Francisco California ülikooli bioinseneri dotsent Christopher Voigt. uuringus ei osalenud.

Nobeli preemia laureaadi Hamilton Smithi juhitud uurimisrühm tellis USA ja Saksamaa kommertslikelt DNA sünteesifirmadelt lühikese osa geneetilisi koode ja õmbles need standardsete molekulaarbioloogia tehnikate abil järjest pikemateks osadeks. Suurimate DNA tükkide kokku saamiseks sisestasid nad need pärmirakkudesse ja kasutasid ära looduslikku protsessi, mida nimetatakse "homoloogseks rekombinatsiooniks", mida pärm kasutab kahjustatud DNA parandamiseks. Katse lõpptoode on kahe väiksema erandiga samaväärne looduslikult esineva M. genitalium'i geneetilise koodiga: teadlased keelasid geeni, mis andis veajõu inimrakkude nakatamiseks, ja lisasid mõned "vesimärgid", lühikesed allkirjaribad geneetiline kood, mis identifitseerib toote inimtekkelisena.

"See lõpetab sünteetilise organismi loomise kolmeastmelise protsessi teise etapi," ütleb Gibson. Esimene samm tuli möödunud suvel, kui JCVI teadlased muutsid DNA siirdamisega ühe bakteriliigi teiseks, vahetades ühe vea identiteedi, immutades seda teise geneetilise koodiga. Selle uuringuga on nüüd saavutatud teine etapp, sünteetilise bakteribenoomi konstrueerimine. Viimane samm hõlmab sünteetilise genoomi sisestamist rakku ja selle ellu äratamist; Gibson ütleb, et selle eesmärgiga on praegu katsed.

"Tahame rõhutada, et me pole veel sünteetilist kromosoomi käivitanud," ütles JCVI asutaja Craig Venter täna hommikul ajakirjanikega peetud konverentskõnes. Bioloog selgitas, et tuleb ületada mitu sammu, kuid "oleme kindlad, et neist saab üle."

"Lõplik samm on tõestada, et nende sünteesitud on bioloogiliselt aktiivne," ütleb Eckard Wimmer, molekulaarbioloog Stony Brooki ülikoolist Long Islandil, New Yorgis, kes juhtis sünteetilise lastehalvatuse, esimese sünteetiliselt ehitatud viiruse, konstrueerimist. "Kahjuks puudub see väga kriitiline punkt siin."

Kui teadlastel õnnestub oma sünteetilisi baktereid luua, on nad lähemal kunstlike olendite loomisele, mida saaks kasutada ühiskonna mõnede suurimate probleemide leevendamiseks, sealhulgas kliimamuutused ja liigne sõltuvus fossiilkütustest. Venteri meeskond kuulub sünteetilist bioloogiat harrastavate teadlaste kaadrisse, kasvavasse teadusharusse, mille eesmärk on kujundada ja ehitada elusolendeid elu toorainest (orgaanilised kemikaalid) ja looduse kavanditest (geneetilised koodid). Sünteetilised bioloogid koostavad ka ise oma kavandid, kujundades geneetilised järjestused, mida loodus kunagi ei mõistnud; idee on luua elusolenditele uudseid funktsioone. Inimese põhjustatud mikroobid, mis toodavad farmaatsiatooteid, veavad odavaid biokütuseid välja, saastavad saasteaineid ja õlireostusi või tungivad vähirakkudesse ja hävitavad neid, võivad olla vaid kümne või kahe aasta kaugusel.

Venteri rühm üritab luua M. genitalium'ist täiesti sünteetilise paljaste kontidega versiooni, mille genoom on eemaldatud kõigist, välja arvatud kõige olulisemad geenid. Eesmärk on kasutada seda organismi šassiina, millesse saab lisada uusi geene - võib-olla selliseid, mis annaksid idudele võime siidi keerutada, toksiine tuvastada või ravimeid valmistada. Võimalused tunduvad lõputud, ehkki mitte kõik roosilised.

Kriitikud on juhtinud tähelepanu sellele, et terroristid või petturitest riigid võiksid kasutada sama sünteetilise bioloogia oskusteavet ja tehnoloogiaid bakteri väljatöötamiseks, mis hävitab neurotoksiini või võib-olla surmava gripiviiruse, mis on resistentne vaktsiinide ja viirusevastaste ravimite suhtes. Valdkonna juhid tunnistavad nii juhusliku kui ka tahtliku väärkasutuse võimalust ja on asunud seda probleemi lahendama. Oktoobris avaldasid JCVI, Strateegiliste ja rahvusvaheliste uuringute keskuse ning Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi liikmed aruande, mis pakkus järelevalve poliitilisi võimalusi, ja mitmed juhtivad sünteetilised bioloogid on avaldanud vastavasisulistes ajakirjades vastavaid artikleid.

Vaadates potentsiaalseid rakendusi, pole kõik nõus nende perspektiivikate organismide tootmise parima strateegiaga. Siledaim viga pole tingimata parim, osutab Massachuseti osariigis Cambridge'is asuva Harvardi meditsiinikooli geneetik ja arvutigeneetika keskuse Lipper direktor George George Church. "Lihtsus on üle hinnatud. E. Coli koos kogu oma nn rämps-DNA-ga on palju tõhusam kui Mycoplasma," ütleb ta ja märgib, et E. Coli genoom on umbes kaheksa korda suurem, kuid kasvab umbes 50 korda kiiremini.

Californias San Carloses asuv ettevõte nimega LS9, Inc. on juba kasutanud E. coli tootlikkust, kavandades vea DesignerBiofuels'i - kütuseperekonna väljapaiskamiseks - kütuseperekonnaks, mille omadused ei erine bensiini, diislikütuse omadest. ja reaktiivkütus , vastavalt ettevõtte veebisaidile. Selle asemel, et E. Coli nullist üles ehitada, on LS9 võtnud organismi loodusest ja muutnud seda sünteetilise DNA fragmentide sisestamisega, mis on kiriku sõnul palju odavam ja tööstuslikel eesmärkidel hõlpsasti laiendatav.

Sõltumata sellest, milline lähenemisviis kõige rohkem tulu toob, kihutab sünteetiline bioloogia kahtlemata edasi. Viimase paari aasta jooksul on DNA sünteesimeetodid muutunud kiiremaks, odavamaks ja kättesaadavamaks paljudele inimestele. DNA tellimine kaubanduslikest rõivastest on Voigti sõnul muutunud sama lihtsaks kui pitsade tellimine, väidab Voigt, kes prognoosib, et järgmistel aastakümnetel suudavad teadlased piitsutada palju suuremaid DNA segmente: pärmi sünteetilised genoomid, loomad - võib-olla isegi inimesed.