For ni år siden annonserte amerikanske forskere ledet av genetikeren Craig Venter at de hadde laget den første
Men noen år senere anerkjente forskere detbakteriens genom ble ikke veldig radikalt endret. Til tross for dette markerte forskerarbeidet begynnelsen av en ny retning i genetikk, som er engasjert i etableringen av organismer med fullt redigerte DNA.
E. coli E. coli
Forskere fraprosjekt GP-skriv – de har allerede klart å lage kunstige kopier av 2 av de 16 kromosomene som utgjør genomet til én stamme bakegjær. Men DNAet til Mycoplasma mycoides inneholder bare 1,08 millioner basepar, mens gjærkromosomer inneholder mindre enn 1 million E. coli som genetikere jobbet med ved Medical Research Council of Englands Molecular Biology Laboratory i Cambridge, inneholder 4 millioner baser.
Forskere ledet av Dr. Jason Chinbrøt disse 4 millioner basene av Escherichia coli i 37 fragmenter og syntetiserte dem. Den resulterende prøven ligner på sine naturlige motstykker, men overlever takket være et mindre sett med genetiske verktøy.
Hva er DNA og hvorfor å syntetisere det
Først av alt er det verdt å forstå hva DNA er. Det er deoksyribonukleinsyre, som er arvestoffet til mennesker og alle levende organismer.
Nesten hver celle i menneskekroppen har en ogdet samme DNA. Det meste av deoksyribonukleinsyren er i cellekjernen (det kalles kjernefysisk DNA), men det er tilstede i liten mengde i mitokondriene.
Informasjon i DNA lagres som en kode som bestårav fire kjemiske baser: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og tymin (T). Det menneskelige genom består av om lag 3 milliarder baser, og mer enn 99% av disse basene er de samme for alle mennesker. Deres rekkefølge og rekkefølge bestemmer hvordan kroppen blir bygget og opprettholdt - akkurat som bokstavene i alfabetet er bygd i en bestemt rekkefølge, danner ord og setninger.
DNA-baser parer seg med hverandre -for eksempel A med T og C med G for å danne enheter kalt basepar. Hver base er også festet til et sukkermolekyl og et fosfatmolekyl. Sammen kalles basen, sukkeret og fosfatet et nukleotid.
Nukleotider er ordnet i form av to lange tråder som danner en dobbel helix – slik er vi vant til å tenke DNA.
DNA
Strukturen til doble helix er noe som en trapp: Baseparene danner trinn, og sukker- og fosfatmolekyler danner vertikale sidedeler.
DNA foldet inn i en celle inneholder instruksjonernødvendig for å fungere. For eksempel, når en celle trenger mer protein til å vokse, leser det DNA som koder for det ønskede proteinet. Slike forbindelser kalles kodoner og er skrevet i tre bokstaver - for eksempel TCG og TCA.
Nesten alle livsformer, fra maneter til mennesker,bruk 64 kodoner. Men mange av dem gjør den samme jobben eller gjentar funksjonene sine. Totalt 61 kodoner utgjør 20 naturlig forekommende aminosyrer, som kan tres sammen som perler på en snor for å lage et hvilket som helst protein i naturen. Tre kodoner til fungerer som en slags bremse - de forteller cellen når proteinet er klart og det må slutte å lage det.
Kodoner brukes til å bestemme aminosyrer,bestanddeler av proteinene de produserer. TCA, for eksempel, definerer serin, som betyr "å ta denne aminosyren ut av cellebuljongen og feste den til proteinet som cellen lager." AAG påviser lysin. TAA betyr å stoppe tilsetningen av aminosyrer til det voksende proteinet. Men AGT betyr også serin, det samme gjør AGC, TCT, TCC og TCG. Hvis naturen var effektiv, ville den brukt 20 kodoner for 20 aminosyrer, pluss en for "stopp".
Forskere prøvde å lage en slik optimalisert organisme.
Hva gjorde genetikk gjerne
En gruppe forskere fra Cambridge studerte helegenetisk kode til E. coli-stammen og analyserte funksjonene til alle kodoner. Forskerne erstattet deretter serinkodonet med AGC, hver TCA (også serin) med AGT og hver TAG (stoppkodon) med TAA.
Totalt bidro de til DNA i E. coli 18 214 redigeringer - det resulterende genomet var den største DNA-blokk som noensinne er opprettet ved kunstig fusjon. På papir ser opptaket av det redigerte genom ut som forskerne bestemte seg for å erstatte et veldig vanlig ord i en digital kopi av romanens krig og fred.
Men det vanskeligste arbeidet var å samlekjemisk kopi av det omskrevne genomet og utveksle det for de originale levende organismer. Dette arbeidet tok forskere i to år: når hvert syntetisk fragment erstattet den opprinnelige koden, så forskerne at bakteriene ville fungere eller dø.
"Det er mange mulige måter å kode om pågenomet, men mange av dem er problematiske: cellen dør. For eksempel kan angivelig synonyme kodoner produsere forskjellige mengder protein, og noen ganger proteiner med uventede egenskaper som dreper cellen."
Jason Chin, hovedforfatter av studien
Forskere har oppdaget et omkodingsskjemasom gjorde det mulig å erstatte den opprinnelige koden med en kunstig og holde E. coli i live, til tross for at man brukte 59 kodoner i stedet for 61 for å generere aminosyrer og to i stedet for 3 kodoner for å stoppe denne prosessen.
Dermed var forskere i stand til å redusere talletkodoner fra 64 til 61. Dette er en ny rekord - hittil klarte genetikere å lage bakterien Escherichia coli, som kunne overleve med bare 63 kodoner i stedet for 64.
Hva vil det føre til
Hovedformålet med å skape et redigert genom -evnen til å gi kodoner evnen til å generere en av hundrevis av aminosyrer, i tillegg til 20, lagt ned av naturen. Dette vil gjøre det mulig å syntetisere nye enzymer og andre proteiner.
"Naturen har gitt oss et begrenset sett med enzymer,hvis egenskaper vi har lært å bruke til å utføre komplekse oppgaver, alt fra produksjon av ost og fruktjuice, til produksjon av biodrivstoff og påvisning av markører i biologiske tester. Vi kan gjøre alt dette med et sett på 20 aminosyrer - forestill deg hvilke muligheter vi kan få fra å bruke 22 eller flere aminosyrer, sier Stat Ellis, en ekspert innen syntetisk biologi ved Imperial College London.
Blant disse mulighetene er etableringen av nyemat, fremveksten av nye muligheter for industrien, og, viktigst, opprettelsen av bakterier som er resistente mot virus. Dette vil tillate apotekere å lage stoffer som vil mer effektivt håndtere virus og bakterier.
Ga oppdagelsen av forskere disse mulighetene? Ingen. Men den har gjort store fremskritt i forsøket på å skape et fullstendig syntetisk genom av en levende organisme med funksjoner som er forskjellige fra de opprinnelige.
"De reiste feltet syntetisk genomikk pådet nye nivået, samler ikke bare med seg det største syntetiske genomet som noen gang er opprettet, men gjør også de største endringene i det, "konkluderte Alice i et intervju med The Guardian.