Prije devet godina američki znanstvenici predvođeni genetičarom Craigom Venterom objavili su da su stvorili prvu
Međutim, nekoliko godina kasnije znanstvenici su to prepoznaligenom bakterije nije bio radikalno promijenjen. Unatoč tome, rad znanstvenika označio je početak novog smjera u genetici, koji se bavi stvaranjem organizama s potpuno uređenom DNK.
E. coli E. coli
Znanstvenici izprojekt GP-write - već su uspjeli stvoriti umjetne kopije 2 od 16 kromosoma koji čine genom jednog soja pekarskog kvasca. Ali DNK Mycoplasma mycoides sadrži samo 1,08 milijuna parova baza, a kromosomi kvasca sadrže manje od 1 milijun E. coli s kojom su radili genetičari u Laboratoriju za molekularnu biologiju Vijeća za medicinska istraživanja Engleske u Cambridgeu sadrži 4 milijuna baza.
Istraživači predvođeni dr. Jasonom Chinomrazbio ovih 4 milijuna baza Escherichie coli u 37 fragmenata i sintetizirao ih. Dobiveni primjerak sličan je svojim prirodnim primjercima, ali preživljava zahvaljujući manjem skupu genetskih alata.
Što je DNK i zašto ga sintetizirati
Prije svega, vrijedno je razumjeti što je DNK. To je deoksiribonukleinska kiselina, koja je nasljedni materijal čovjeka i svih živih organizama.
Gotovo svaka stanica u ljudskom tijelu ima jednu iisti DNK. Većina deoksiribonukleinske kiseline nalazi se u staničnoj jezgri (naziva se nuklearna DNA), ali je prisutna u maloj količini u mitohondrijima.
Informacije u DNK pohranjuju se kao kod koji se sastojiOd četiri kemijske baze: adenin (A), gvanin (G), citozin (C) i timin (T). Ljudski genom se sastoji od oko 3 milijarde baza, a više od 99% tih baza je jednako za sve ljude. Njihov red i redoslijed određuju kako je tijelo izgrađeno i održavano - baš kao što su slova abecede građena određenim redom, tvoreći riječi i rečenice.
DNK baze se međusobno sparuju -na primjer, A s T i C s G da tvore jedinice koje se nazivaju parovi baza. Svaka baza je također vezana za molekulu šećera i molekulu fosfata. Zajedno se baza, šećer i fosfat nazivaju nukleotid.
Nukleotidi su raspoređeni u obliku dvije dugačke niti koje tvore dvostruku spiralu – tako smo navikli razmišljati o DNK.
DNA
Struktura dvostruke spirale je pomalo slična ljestvici: osnovni parovi formiraju korake, a molekule šećera i fosfata čine vertikalne bočne dijelove.
DNA presavijena u ćeliju sadrži uputepotrebno za njegovo funkcioniranje. Na primjer, kada stanici treba više proteina za rast, on čita DNA koja kodira željeni protein. Takvi spojevi nazivaju se kodoni i pišu se u tri slova - na primjer, TCG i TCA.
Gotovo svi oblici života, od meduza do ljudi,koristiti 64 kodona. Ali mnogi od njih rade isti posao ili ponavljaju svoje funkcije. Ukupno 61 kodon čini 20 prirodnih aminokiselina koje se mogu nanizati zajedno poput perli na niti da bi se stvorio bilo koji protein u prirodi. Još tri kodona djeluju kao neka vrsta kočnice—oni govore stanici kada je protein spreman i kada ga treba prestati proizvoditi.
Kodoni se koriste za određivanje aminokiselina,sastavni dijelovi proteina koje proizvode. TCA, na primjer, definira serin, što znači "izvući ovu aminokiselinu iz stanične juhe i pričvrstiti je na protein koji stanica proizvodi." AAG otkriva lizin. TAA znači zaustavljanje dodavanja aminokiselina rastućem proteinu. Ali AGT također znači serin, kao i AGC, TCT, TCC i TCG. Da je priroda učinkovita, koristila bi 20 kodona za 20 aminokiselina, plus jedan za "stop".
Istraživači su pokušali stvoriti takav optimizirani organizam.
Što je točno genetika učinila
Skupina znanstvenika s Cambridgea proučila je svegenetski kod soja E. coli i analizirao funkcije svih kodona. Istraživači su zatim zamijenili serinski kodon s AGC, svaki TCA (također serin) s AGT, a svaki TAG (stop kodon) s TAA.
Ukupno su doprinijeli DNA E. koli 18 214 izmjene - rezultirajući genom bio je najveći DNA blok ikada stvoren umjetnom fuzijom. Na papiru, snimanje uređenog genoma izgleda kao da su istraživači odlučili zamijeniti jednu vrlo uobičajenu riječ u digitalnoj kopiji romana Rat i mir.
Međutim, najteži je posao bio prikupitikemijsku kopiju prepisanog genoma i zamijeni ga izvornim unutar živih organizama. Taj je rad znanstvenicima trajao oko dvije godine: kada je svaki sintetički fragment zamijenio izvorni kod, istraživači su utvrdili da li će bakterija funkcionirati ili umrijeti.
„Postoji mnogo mogućih načina za rekodiranjegenoma, ali mnogi od njih su problematični: stanica umire. Na primjer, navodno sinonimni kodoni mogu proizvesti različite količine proteina, a ponekad i proteine s neočekivanim karakteristikama koji ubijaju stanicu."
Jason Chin, glavni autor studije
Istraživači su otkrili shemu ponovnog kodiranjašto je omogućilo zamjenu izvornog koda umjetnim i održavanje E. coli na životu, unatoč korištenju 59 kodona umjesto 61 za generiranje aminokiselina i dva umjesto 3 kodona za zaustavljanje ovog procesa.
Dakle, znanstvenici su mogli smanjiti brojTo je novi rekord - do sada su genetičari uspjeli stvoriti bakteriju Escherichia coli, koja bi mogla preživjeti sa samo 63 kodona umjesto 64.
Što će dovesti do toga
Glavna svrha stvaranja uređenog genoma -sposobnost da se kodonima omogući generiranje jedne od stotina aminokiselina, pored 20, propisanih prirodom. To će omogućiti sintezu novih enzima i drugih proteina.
"Priroda nam je dala ograničen skup enzima,čija smo svojstva naučili koristiti za obavljanje složenih zadataka, od proizvodnje sira i voćnih sokova, do proizvodnje biogoriva i otkrivanja biljega u biološkim testovima. Sve to možemo učiniti sa skupom od 20 aminokiselina - zamislite koje mogućnosti možemo dobiti od upotrebe 22 ili više aminokiselina “, kaže Stat Ellis, stručnjak za sintetičku biologiju na Imperial College Londonu.
Među tim mogućnostima je stvaranje novihhrana, pojava novih mogućnosti za industriju, i, što je najvažnije, stvaranje bakterija otpornih na viruse. To će farmaceutima omogućiti stvaranje lijekova koji će se učinkovitije baviti virusima i bakterijama.
Je li otkriće znanstvenika dalo te mogućnosti? Ne. No, napravio je velik napredak u pokušaju stvaranja potpuno sintetičkog genoma živog organizma s funkcijama drugačijima od izvornih.
"Podigli su polje sintetske genomikenova razina, ne samo uspješno prikupljajući najveći sintetički genom ikada stvoren, već i najveće promjene u njemu ”, zaključila je Alice u intervjuu za The Guardian.