For ni år siden annoncerede amerikanske videnskabsmænd ledet af genetiker Craig Venter, at de havde skabt den første
Men et par år senere anerkendte forskere detbakteriens genom blev ikke rigtig radikalt ændret. På trods af dette markerede forskernes arbejde starten på en ny retning inden for genetik, som er involveret i skabelsen af organismer med fuldt redigeret DNA.
E. coli E. coli
Forskere fraprojekt GP-skriv - de har allerede formået at lave kunstige kopier af 2 af de 16 kromosomer, der udgør genomet af en stamme bagegær. Men DNA'et fra Mycoplasma mycoides indeholder kun 1,08 millioner basepar, mens gærkromosomer indeholder mindre end 1 million. E. coli, som genetikere arbejdede med ved Medical Research Council of Englands Molecular Biology Laboratory i Cambridge, indeholder 4 millioner baser.
Forskere ledet af Dr. Jason Chinbrød disse 4 millioner baser af Escherichia coli i 37 fragmenter og syntetiserede dem. Det resulterende eksemplar ligner dets naturlige modstykker, men overlever takket være et mindre sæt genetiske værktøjer.
Hvad er DNA og hvorfor at syntetisere det
Først og fremmest er det værd at forstå, hvad DNA er. Det er deoxyribonukleinsyre, som er arvematerialet for mennesker og alle levende organismer.
Næsten hver celle i den menneskelige krop har en ogdet samme DNA. Det meste af deoxyribonukleinsyren er i cellekernen (det kaldes nukleært DNA), men det er til stede i en lille mængde i mitokondrier.
Oplysninger i DNA lagres som en kode, der bestårAf de fire kemiske baser: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og thymin (T). Det menneskelige genom består af ca. 3 mia. Baser, og mere end 99% af disse baser er ens for alle mennesker. Deres rækkefølge og sekvens bestemmer, hvordan kroppen opbygges og vedligeholdes - ligesom bogstaverne i alfabetet er bygget i en bestemt rækkefølge og danner ord og sætninger.
DNA-baser parrer sig med hinanden -for eksempel A med T og C med G for at danne enheder kaldet basepar. Hver base er også knyttet til et sukkermolekyle og et fosfatmolekyle. Sammen kaldes basen, sukkeret og fosfatet et nukleotid.
Nukleotider er arrangeret i form af to lange strenge, der danner en dobbelt helix – sådan er vi vant til at tænke DNA.
DNA
Strukturen af den dobbelte helix minder noget om en stige: Basepar udgør trin, og sukker- og fosfatmolekylerne danner vertikale sidedele.
DNA foldet i en celle indeholder instruktionernødvendige for dets funktion. For eksempel, når en celle har brug for mere protein til at vokse, læser det det DNA, der koder for det ønskede protein. Sådanne forbindelser kaldes kodoner og er skrevet i tre bogstaver - for eksempel TCG og TCA.
Næsten alle livsformer, fra vandmænd til mennesker,brug 64 kodoner. Men mange af dem udfører det samme arbejde eller gentager deres funktioner. I alt 61 kodoner udgør 20 naturligt forekommende aminosyrer, der kan sættes sammen som perler på en snor for at skabe ethvert protein i naturen. Yderligere tre kodoner fungerer som en slags bremse - de fortæller cellen, når proteinet er klar, og det skal stoppe med at lave det.
Kodoner bruges til at bestemme aminosyrer,bestanddele af de proteiner, de producerer. TCA definerer for eksempel serin, hvilket betyder "at tage denne aminosyre ud af cellebouillonen og binde den til det protein, som cellen laver." AAG detekterer lysin. TAA betyder at stoppe tilsætningen af aminosyrer til det voksende protein. Men AGT betyder også serin, ligesom AGC, TCT, TCC og TCG. Hvis naturen var effektiv, ville den bruge 20 kodoner til 20 aminosyrer, plus én til "stop".
Forskere forsøgte at skabe en sådan optimeret organisme.
Hvad gjorde netop genetik
En gruppe videnskabsmænd fra Cambridge studerede det helegenetisk kode for E. coli-stammen og analyserede funktionerne af alle kodoner. Forskerne erstattede derefter serinkodonen med AGC, hver TCA (også serin) med AGT og hver TAG (stopkodon) med TAA.
I alt bidrog de til DNA fra E. coli 18 214-redigeringer - det resulterende genom var den største DNA-blok, der nogensinde blev skabt ved kunstig fusion. På papir ser optagelsen af det redigerede genom ud som forskerne har besluttet at erstatte ét meget almindeligt ord i en digital kopi af romanen Krig og Fred.
Men det sværeste arbejde var at indsamlekemisk kopi af det omskrevne genom og udveksle det til de oprindelige levende organismer. Dette arbejde tog videnskabsmænd om to år: når hvert syntetisk fragment erstattede den oprindelige kode, observerede forskerne, om bakterierne ville fungere eller dø.
"Der er mange mulige måder at omkode pågenomet, men mange af dem er problematiske: cellen dør. For eksempel kan angiveligt synonyme kodoner producere forskellige mængder protein og nogle gange proteiner med uventede egenskaber, der dræber cellen."
Jason Chin, hovedforfatter af undersøgelsen
Forskere har opdaget en omkodningsordninghvilket gjorde det muligt at erstatte den originale kode med en kunstig og holde E. coli i live, på trods af at man brugte 59 kodoner i stedet for 61 til at generere aminosyrer og to frem for 3 kodoner til at stoppe denne proces.
Således kunne forskere reducere antalletcodons fra 64 til 61. Dette er en ny rekord - indtil nu lykkedes det genetikere at oprette bakterien Escherichia coli, som kunne overleve med kun 63 codons i stedet for 64.
Hvad vil det føre til
Hovedformålet med at skabe et redigeret genom -evnen til at give codons evnen til at generere en af hundredvis af aminosyrer ud over 20, nedlagt af naturen. Dette vil gøre det muligt at syntetisere nye enzymer og andre proteiner.
"Naturen har givet os et begrænset sæt enzymer,hvis egenskaber vi har lært at bruge til at udføre komplekse opgaver, lige fra produktion af ost og frugtsaft til fremstilling af biobrændstoffer og påvisning af markører i biologiske test. Vi kan gøre alt dette med et sæt på 20 aminosyrer - forestil dig hvilke muligheder vi kan få fra at bruge 22 eller flere aminosyrer, "siger Stat Ellis, en ekspert i syntetisk biologi på Imperial College London.
Blandt disse muligheder er skabelsen af nyemad, fremkomsten af nye muligheder for industrien og vigtigst af alt, skabelsen af bakterier, der er resistente over for vira. Dette vil gøre det muligt for apotekere at oprette stoffer, der mere effektivt håndterer vira og bakterier.
Gav videnskabsmænds opdagelse disse muligheder? Ingen. Men den har gjort store fremskridt i forsøget på at skabe et fuldstændig syntetisk genom af en levende organisme med funktioner, der er forskellige fra de oprindelige.
"De rejste feltet af syntetisk genomik pådet nye niveau, ikke kun med held at samle det største syntetiske genom, der nogensinde er oprettet, men også gør de største ændringer i det, "konkluderede Alice i et interview med The Guardian.