Преди девет години американски учени, ръководени от генетикът Крейг Вентър, обявиха, че са създали първия
Няколко години по-късно обаче учените признават товаГеномът на бактерията не е бил радикално променен. Въпреки това работата на учените бележи началото на нова посока в генетиката, която се занимава със създаването на организми с напълно редактирана ДНК.
Е. coli Е. coli
Учени отпроект GP-write - те вече са успели да създадат изкуствени копия на 2 от 16-те хромозоми, които изграждат генома на един щам хлебна мая. Но ДНК на Mycoplasma mycoides съдържа само 1,08 милиона базови двойки, а хромозомите на дрождите съдържат по-малко от 1 милион.
Изследователи, ръководени от д-р Джейсън Чинразбива тези 4 милиона бази на Escherichia coli на 37 фрагмента и ги синтезира. Полученият екземпляр е подобен на естествените си двойници, но оцелява благодарение на по-малък набор от генетични инструменти.
Какво е ДНК и защо да го синтезираме
Преди всичко си струва да разберете какво е ДНК. Това е дезоксирибонуклеинова киселина, която е наследственият материал на хората и всички живи организми.
Почти всяка клетка в човешкото тяло има една исъщата ДНК. По-голямата част от дезоксирибонуклеиновата киселина е в клетъчното ядро (нарича се ядрена ДНК), но присъства в малко количество в митохондриите.
Информацията в ДНК се съхранява като код, състоящ се отОт четирите химически бази: аденин (А), гуанин (G), цитозин (С) и тимин (Т). Човешкият геном се състои от приблизително 3 милиарда бази, а над 99% от тези бази са еднакви за всички хора. Техният ред и последователност определят как се изгражда и поддържа тялото - точно както буквите на азбуката се изграждат в определен ред, образувайки думи и изречения.
ДНК базите се сдвояват една с друга -например A с T и C с G, за да образуват единици, наречени базови двойки. Всяка основа също е прикрепена към захарна молекула и фосфатна молекула. Заедно основата, захарта и фосфатът се наричат нуклеотид.
Нуклеотидите са подредени под формата на две дълги нишки, които образуват двойна спирала - така сме свикнали да мислим за ДНК.
ДНК
Структурата на двойната спирала е малко като стълба: базовите двойки образуват стъпала, а захарните и фосфатните молекули образуват вертикални странични части.
ДНК, сгъната в клетка, съдържа инструкцииза функционирането му. Например, когато една клетка се нуждае от повече протеин да расте, тя чете ДНК, която кодира желания протеин. Такива съединения се наричат кодони и са написани с три букви - например, TCG и TCA.
Почти всички форми на живот, от медузи до хора,използвайте 64 кодона. Но много от тях вършат същата работа или повтарят функциите си. Общо 61 кодона съставляват 20 естествено срещащи се аминокиселини, които могат да бъдат нанизани като мъниста на връв, за да се създаде всеки протеин в природата. Още три кодона действат като един вид спирачка - те казват на клетката кога протеинът е готов и трябва да спре да го произвежда.
Кодоните се използват за определяне на аминокиселини,съставки на протеините, които произвеждат. TCA, например, дефинира серин, което означава „да извадите тази аминокиселина от клетъчния бульон и да я прикрепите към протеина, който клетката произвежда“. AAG открива лизин. TAA означава спиране на добавянето на аминокиселини към растящия протеин. Но AGT също означава серин, както и AGC, TCT, TCC и TCG. Ако природата беше ефективна, тя щеше да използва 20 кодона за 20 аминокиселини, плюс един за "стоп".
Изследователите се опитаха да създадат такъв оптимизиран организъм.
Какво точно е направила генетиката
Група учени от Кеймбридж изследваха всичкогенетичен код на щам E. coli и анализира функциите на всички кодони. След това изследователите заменят сериновия кодон с AGC, всеки TCA (също серин) с AGT и всеки TAG (стоп кодон) с TAA.
Като цяло те са допринесли за ДНК на Е. coli 18 214 редакции - произтичащият геном е бил най-големият ДНК блок, създаван някога чрез изкуствено сливане. На хартия записът на редактирания геном изглежда, че изследователите са решили да заменят една много често срещана дума в дигитално копие на романа „Война и мир”.
Най-трудната работа обаче беше да се съберехимическо копие на пренаписания геном и да го замени с оригинала в живите организми. Тази работа на учените отнема около две години: когато всеки синтетичен фрагмент замени оригиналния код, изследователите наблюдаваха дали бактериите ще функционират или ще умрат.
„Има много възможни начини за прекодиранегеном, но много от тях са проблематични: клетката умира. Например, предполагаемите синонимни кодони могат да произвеждат различни количества протеин, а понякога и протеини с неочаквани характеристики, които убиват клетката."
Джейсън Чин, водещ автор на изследването
Изследователите са открили схема за прекодиранекоето направи възможно замяната на оригиналния код с изкуствен и поддържане на Е. coli жива, въпреки използването на 59 кодона вместо 61 за генериране на аминокиселини и два вместо 3 кодона за спиране на този процес.
По този начин учените са успели да намалят брояТова е нов рекорд - досега генетиците успяха да създадат бактерията Escherichia coli, която можеше да оцелее само с 63 кодона вместо с 64.
Какво ще доведе до това
Основната цел на създаването на редактирания геном -способността да се даде възможност на кодони да генерират една от стотиците аминокиселини, в допълнение към 20, установени от природата. Това ще направи възможно синтезирането на нови ензими и други протеини.
"Природата ни е предоставила ограничен набор от ензими,чиито свойства сме се научили да използваме за изпълнение на сложни задачи, вариращи от производството на сирене и плодов сок, до производството на биогорива и откриването на маркери в биологични тестове. Можем да направим всичко това с набор от 20 аминокиселини - представете си какви възможности можем да получим от използването на 22 или повече аминокиселини ”, казва Stat Ellis, експерт по синтетична биология в Imperial College London.
Сред тези възможности е създаването на новихрана, появата на нови възможности за промишлеността и, най-важното, създаването на бактерии, устойчиви на вируси. Това ще позволи на фармацевтите да създават лекарства, които да се справят по-ефективно с вирусите и бактериите.
Откритието на учените даде ли тези възможности? не Но постигна голям напредък в опита да създаде напълно синтетичен геном на жив организъм с функции, различни от първоначалните.
- Те повдигнаха областта на синтетичната геномияновото ниво не само успешно събира най-големия синтетичен геном, създаден някога, но и прави най-големите промени в него ”, заключи Алис в интервю за The Guardian.