Elu 2.0 läheneb

Kuus pärmseente kromosoomi on lõppenud ja testitud

Vahepeal on teadlased sünteesinud juba eukarüootse looma kuus kromosoomi. © koya79 / mõttekoda
ettelugemist

Geneetika katseklaasist: teadlased on laboratooriumis taastanud kuus pärmi kromosoomi ja testinud neid edukalt elusrakkudes. See lõpetab kolmandiku esimesest kõrgemast olendist täielikult sünteetilise ja tugevalt modifitseeritud DNA-ga. Vaid kahe aasta jooksul soovivad teadlased luua esimesed pärmirakud täiesti kunstliku geneetilise materjaliga, teatas ajakiri "Science".

Geeniuurijad on pikka aega töötanud selle nimel, et luua organism, mille geneetiline materjal oleks täielikult laboratooriumis üles ehitatud. Mis paneb mõned Frankensteini mõtlema, on geenitehnoloogia genoomi kohta uute teadmiste toomine, aga ka täiesti uued geenimanipulatsiooni viisid.

Kuid rakendamine pole lihtne: mudelirakust kopeeritud ja arvutisse komponeeritud DNA-kood tuleb kõigepealt sünteesida paljudes väikestes sektsioonides neljast aluspaarist ja DNA selgroogist. Seejärel tuleb need geneetilise materjali fragmendid kokku panna õiges järjekorras ja viia rakku, millelt varem ei olnud nende DNA-d.

Alates bakteriaalsest DNA-st kuni kromosoomini

Alles 2010. aastal õnnestus teadlastel laboris valmistatud genoomiga toota elujõuline bakterirakk. Eukarüootide rakud on aga palju suurem väljakutse: seente, taimede, loomade ja inimeste korral pakitakse genoom ümbritsevatesse struktuuridesse ja jaguneb mitmeks kromosoomiks.

Nende keerukate struktuuride taasloomine nõuab palju rohkem tehnoloogiat, teadmisi ja vaeva kui bakteriraku puhul. Sünteetilise pärmi projekti (SC 2.0) enam kui 200 teadlast on aastaid töötanud pärmiraku kõigi 16 kromosoomi sünteesimiseks, luues elujõulised tehisorganismid. 2014. aastal saavutasid nad oma esimese läbimurde: neil õnnestus esimest korda toota esimese kunstliku kromosoomiga pärm. kuva

Kuus kunstlikku kromosoomi

Nüüd teatavad sünteetilise pärmiprojekti teadlased veel ühe verstaposti: nad on nüüd konstrueerinud kuus pagaripärmi kromosoomi ja integreerinud need edukalt elusatesse pärmirakkudesse. Seega on kolmandik pärmi genoomist juba sünteetiliselt reprodutseeritud. Lisaks on juba käimas rohkem kromosoome.

Pärm Saccharomyces cerevisiae on populaarne eukarüootsete rakkude mudelorganism. Mogana The Murtey, Patchamuthu Ramasamy / CC-by-sa 3.0

"Kõik nende sünteetiliste kromosoomide kombinatsioonid reguleerisid edukalt diploidsete pärmirakkude kasvu, isegi kui nende looduslikud kolleegid puudusid, " teatas Sarah Richardson Baltimore'i Johns Hopkinsi ülikoolist ja tema kolleegid. Sünteetilistest kromosoomidest suurim hõlmab üle miljoni aluspaari, tehes sellest suurima kromosoomi, mida kunagi laboris toodetud.

Kohandatud geneetiline materjal

Nagu teadlased teatavad, pole kunstlikud kromosoomid lihtsalt nende looduslike kolleegide koopiad. Selle asemel nihutasid teadlased paljusid DNA sektsioone ühest kromosoomist teise. Muud järjestused lõikavad need välja, kuna vastavalt nende leidudele pole neil olulist funktsiooni.

Hoolimata nendest tuhandetest muudatustest ja genoomi ümberjaotumisest kromosoomide vahel, kasvasid pärmid pärast selle genoomi istutamist normaalselt, teatasid teadlased. "Siiani pole me puutunud kokku oluliste takistustega, " ütleb Joel Bader Johns Hopkinsi ülikoolist. "Seetõttu oleme täielikult graafikus."

Projekti uurijad plaanivad järgmise kahe aasta jooksul sünteesida ülejäänud kümme pärmi kromosoomi ja inkorporeerida need pärmirakkudesse. Järgmises etapis soovivad nad pärmile anda täiendava 17. kromosoomi. Sellel täiesti kunstlikul struktuuril tuleks kokku võtta kõik rakkude valkude tootmiseks vajalikud kontrollgeenid.

Erinevad väljavaated

"See töö paneb aluse kohandatud kunstlike genoomide valmimisele, mis vastavad meditsiini ja tööstuse vajadustele, " ütles Jef Boeke New Yorgi ülikooli Langone meditsiinikeskusest. Eriti on pärm oluline abimees meditsiiniliste ja biotehnoloogiliste toimeainete tootmisel ning tänu tehisgenoomile saab neid tulevikus veelgi paremini optimeerida.

Kui sünteetilise pärmiprojekti teadlased näevad seda õnneallikana, siis teised leiavad, et see on palju skeptilisem. Lõppude lõpuks on disain-DNA-d kandvate kohandatud olendite masstootmisega seotud riske ja sellest tulenevaid eetilisi küsimusi seni vaevalt uuritud ega arutatud. (Science, 2017; doi: 10.1126 / science.aaf4557)

(AAAS / Johns Hopkinsi meditsiin / Langone meditsiinikeskus, 10.03.2017 - MTÜ)