Kilenc évvel ezelőtt Craig Venter genetikus vezette amerikai tudósok bejelentették, hogy megalkották az elsőt
Néhány évvel később azonban a tudósok ezt felismertéka baktérium genomját nem igazán radikálisan megváltoztatták. Ennek ellenére a tudósok munkája a genetika új irányának kezdetét jelentette, amely teljes mértékben szerkesztett DNS-sel rendelkező szervezetek létrehozásával foglalkozik.
E. coli E. coli
Tudósok aprojekt GP-write – már sikerült mesterséges másolatot készíteniük a sütőélesztő egyik törzsének genomját alkotó 16 kromoszómából kettőnek. A Mycoplasma mycoides DNS-e azonban csak 1,08 millió bázispárt tartalmaz, az élesztő kromoszómái pedig kevesebb mint 1 milliót. Az E. coli, amellyel a genetikusok az Angliai Orvosi Kutatótanács Cambridge-i Molekuláris Biológiai Laboratóriumában dolgoztak, 4 millió bázist tartalmaz.
Dr. Jason Chin vezette kutatókEzt a 4 millió Escherichia coli bázist 37 fragmentumra törte és szintetizálta. Az így kapott példány hasonló természetes társaihoz, de a genetikai eszközök kisebb készletének köszönhetően életben marad.
Mi a DNS és miért kell szintetizálni
Először is érdemes megérteni, mi az a DNS. Ez a dezoxiribonukleinsav, amely az ember és minden élő szervezet örökítőanyaga.
Szinte minden sejt az emberi testben van egy ésugyanaz a DNS. A dezoxiribonukleinsav nagy része a sejtmagban van (ezt nukleáris DNS-nek nevezik), de a mitokondriumokban kis mennyiségben van jelen.
A DNS-ben lévő információ kódként van tárolvaA négy kémiai bázisból adenin (A), guanin (G), citozin (C) és timin (T). Az emberi genom körülbelül 3 milliárd bázisból áll, és ezeknek az alapoknak több mint 99% -a minden ember számára azonos. Rendjük és sorrendjük határozza meg a test építésének és fenntartásának módját - ahogy az ábécé betűit egy bizonyos sorrendben építik, szavakat és mondatokat alkotva.
A DNS-bázisok párosulnak egymással -például A-t T-vel és C-t G-vel, hogy bázispároknak nevezett egységeket képezzenek. Mindegyik bázis egy cukormolekulához és egy foszfátmolekulához is kapcsolódik. A bázist, a cukrot és a foszfátot együtt nukleotidnak nevezzük.
A nukleotidok két hosszú szál formájában helyezkednek el, amelyek kettős hélixet alkotnak – így szoktunk a DNS-ről gondolkodni.
DNS
A kettős hélix szerkezete valamivel emlékeztet egy létrára: bázispárok lépcsőfokokat képeznek, és a cukor és foszfát molekulák függőleges oldalrészeket képeznek.
A sejtbe hajtott DNS utasításokat tartalmazműködéséhez szükséges. Például, ha egy sejtnek több fehérje kell, hogy növekedjen, akkor olvassa el a kívánt fehérjét kódoló DNS-t. Az ilyen vegyületeket kodonoknak nevezzük, és három betűvel írjuk - például a TCG-t és a TCA-t.
Szinte minden életforma, a medúzától az emberig,használjon 64 kodont. De sokan közülük ugyanazt a munkát végzik, vagy megismétlik funkcióikat. Összesen 61 kodon 20 természetben előforduló aminosavat alkot, amelyeket gyöngyökként egy húron összefűzve bármilyen fehérjét lehet létrehozni a természetben. További három kodon egyfajta fékként működik – jelzik a sejtnek, ha a fehérje készen áll, és le kell állítania a termelését.
A kodonokat az aminosavak meghatározására használják,az általuk termelt fehérjék alkotórészei. A TCA például meghatározza a szerint, ami azt jelenti, hogy „ki kell venni ezt az aminosavat a sejtlevesből, és hozzá kell kötni a sejt által termelt fehérjéhez”. Az AAG lizint észlel. A TAA azt jelenti, hogy leállítjuk az aminosavak hozzáadását a növekvő fehérjéhez. De az AGT szerint is jelent, csakúgy, mint az AGC, TCT, TCC és TCG. Ha a természet hatékony lenne, 20 kodont használna 20 aminosavhoz, plusz egyet a "stop"-hoz.
A kutatók megpróbáltak létrehozni egy ilyen optimalizált szervezetet.
Pontosan mit csinált a genetika
Cambridge-i tudósok egy csoportja tanulmányozta az egészetaz E. coli törzs genetikai kódját, és elemezte az összes kodon funkcióját. A kutatók ezután a szerin kodont AGC-vel, minden TCA-t (szerint is) AGT-vel, és minden TAG-ot (stopkodont) TAA-val helyettesítettek.
Összességében hozzájárultak az E. coli 18 214 szerkesztés - a kapott genom a mesterséges fúzióval valaha létrehozott legnagyobb DNS-blokk. Papíron a szerkesztett genom felvétele úgy néz ki, mintha a kutatók úgy döntöttek, hogy egy nagyon gyakori szót helyettesítenek a háború és a béke digitális példányában.
A legnehezebb munka azonban az volt, hogy összegyűjtsünka másolt genom kémiai másolata és az élő szervezeteken belüli cseréje az eredetire. Ez a munka körülbelül két évig tartott a tudósok körében: amikor minden szintetikus fragmens helyettesítette az eredeti kódot, a kutatók megfigyelték, hogy a baktériumok működnek-e vagy meghalnának.
"Számos mód van az újrakódolásragenom, de sok közülük problémás: a sejt elpusztul. Például az állítólagos szinonim kodonok különböző mennyiségű fehérjét termelhetnek, és néha váratlan tulajdonságokkal rendelkező fehérjéket, amelyek elpusztítják a sejtet."
Jason Chin, a tanulmány vezető szerzője
A kutatók egy átkódolási sémát fedeztek felamely lehetővé tette az eredeti kód helyettesítését egy mesterséges kóddal és az E. coli életben tartását, annak ellenére, hogy 61 helyett 59 kodont használtak az aminosavak előállításához, és kettő helyett 3 kodont a folyamat leállítására.
Így a tudósok csökkentették a számot64-től 61-ig terjedő kodonok. Ez egy új rekord - addig a genetikusok eddig sikerült létrehozniuk az Escherichia coli baktériumot, amely csak 63 kodonnal rendelkezhet, a 64 helyett.
Mit fog vezetni
A szerkesztett genom létrehozásának fő célja -azon képesség, hogy kodonokat adjon arra, hogy a természetben meghatározott 20 aminosav mellett a több száz aminosav egyikét generálja. Ez lehetővé teszi az új enzimek és más fehérjék szintetizálását.
"A természet korlátozott számú enzimet adott nekünk,amelynek tulajdonságait megtanultuk komplex feladatok elvégzésére, a sajt és a gyümölcslé előállításától kezdve a bioüzemanyagok gyártásáig és a biológiai vizsgálatokban a markerek felismeréséig. Mindezt egy 20 aminosav-készlet segítségével tehetjük meg - képzeljük el, hogy milyen lehetőségeket tudunk elérni 22 vagy több aminosav felhasználásával - mondta Stat Ellis, a londoni Imperial College szintetikus biológiai szakértője.
Ezen lehetőségek közül az újélelmiszerek, az ipar számára új lehetőségek kialakulása, és ami a legfontosabb, a vírusokkal szemben ellenálló baktériumok létrehozása. Ez lehetővé teszi, hogy a gyógyszerészek olyan gyógyszereket hozzanak létre, amelyek hatékonyabban kezelik a vírusokat és a baktériumokat.
A tudósok felfedezése adta ezeket a lehetőségeket? Nem. De nagy előrelépést tett egy élő szervezet teljesen szintetikus genomjának létrehozásában, amelynek funkciói eltérnek az eredetitől.
- A szintetikus genomika területét felvetettékAz új szint nemcsak sikeresen gyűjti össze a valaha létrejött legnagyobb szintetikus genomot, hanem a legnagyobb változásokat is elvégezte ”- jegyezte meg Alice egy interjúban a The Guardian-szal.