Учени от университета ETH Zurich са създали първия компютърно генериран геном на жив организъм. Новосъздадения геном, наречен Caulobacter ethensis-2.0, е създаден чрез изчистване и опростяване на естествения код на бактерия, наречена Caulobacter crescentus. Засега съществува само като една голяма ДНК молекула, а не като жив организъм, но екипът казва, че това е огромен напредък към създаването на напълно синтетични жизнени и лечебни ДНК молекули.
Екип ръководен от генетика Крейг Вентър (Craig Venter), преди повече от десетилетие създава първата „синтетична” бактерия, която в основата си е цифрово копие на генома Mycoplasma mycoides. При имплантиране в клетка реципиента се установило, че е жизнеспособна версия на истинския геном, която дори може да се самовъзпроизвежда.
Новото проучване надгражда тази предишна работа към напълно синтетичен живот. Предишното творение е било дигитално копие на реален организъм, в новият проект, екипът е взел това, което работи с оригинала и фино го е настроил да бъде по-ефективно.
Изследователите започнали с генома C. crescentus, който естествено съдържа 4.000 гени. Както при повечето организми, по-голямата част от тези гени са „отпадъчно ДНК”, като учените преди това установили, че само около 680 от тях са необходими за живот. Установено е, че „минималният геном” е достатъчен, за да поддържа бактериите живи в лаборатория.
Този минимален геном на C. crescentus, екипът орязва още повече, премахвайки вградените излишъци. Също така, аминокиселините могат да се съберат в няколко различни комбинации, за да се постигне същия ефект, така че екипът разработил алгоритъм за определяне на идеалната ДНК последователност. В резултат, изследователите заменят повече от една шеста от 800.000 ДНК букви в минималния геном.
„Посредством нашия алгоритъм, изцяло пренаписваме нашия геном в нова последователност от ДНК букви, която вече не прилича на оригиналната”, казва Беат Кристен (Beat Christen), съавтор на изследването. „Въпреки това, биологичната функция на протеиново ниво остава същата.”
За да проверят дали тези промени ще продължат да функционират правилно, изследователите създали бактерия, която има както естествения геном Caulobacter, така и части от изкуствения. Изключвайки някои от естествените гени, учените проверили дали изкуствените са ги заместили, извършвайки същата работа. Екипът постигнал успех, след като около 580 от 680 изкуствени гена доказвали функционалност.
„С познанията, които сме натрупали, ще бъде възможно да подобрим алгоритъма и да разработим напълно функционален геном, версия 3.0”, казва Кристен. „Ние вярваме, че скоро ще бъде възможно да се произведат функционални бактериални клетки с такъв геном.”
Това може да доведе до синтетични микроорганизми, които могат да бъдат създавани за специфични цели. Могат да бъдат синтезирани ДНК ваксини, както и организмите произвеждащи витамини и лекарства.
Изследването е публикувано в списанието PNAS.
монитор
