ADN uman: De ce genetica a creat primul genom sintetizat din lume?

Nouă ani în urmă, oamenii de știință americani condus de geneticianul Craig Venter au anunțat că au creat primul

lumea este un organism viu cu un sintetizat completgenomul este bacteria Mycoplasma mycoides, care este agentul cauzator al bolilor pulmonare la bovine și caprine domestice. Venter a anunțat apoi începerea iminentă a unei noi ere în care organismele ar aduce beneficii omenirii - de exemplu, vor contribui la producerea de biocombustibili mai eficienți și vor absorbi mai bine dioxidul de carbon din atmosferă.

Cu toate acestea, câțiva ani mai târziu, oamenii de știință au recunoscut acest lucrugenomul bacteriei nu a fost radical modificat. În ciuda acestui lucru, munca oamenilor de știință a marcat începutul unei noi direcții în genetică, care este implicată în crearea de organisme cu ADN complet editat.

E. coli E. coli

Oamenii de știință dinproiectul GP-write - au reușit deja să creeze copii artificiale ale 2 din cele 16 cromozomi care alcătuiesc genomul unei tulpini de drojdie de brutărie. Dar ADN-ul Mycoplasma mycoides include doar 1.08 milioane de perechi de baze, iar cromozomii de drojdie sunt mai mici de 1 milion.Ecolii, cu care genetica de la Laboratorul de Biologie Moleculara a Consiliului Medical al Angliei din Cambridge are 4 milioane de baze.

Cercetătorii conduse de doctor Jason China distrus aceste 4 milioane de baze de Escherichia coli în 37 de fragmente și le-a sintetizat. Eșantionul rezultat este similar cu omologii săi naturali, dar supraviețuiește datorită unui set mai mic de instrumente genetice.

Ce este ADN-ul și de ce să-l sintetizeze

Mai întâi de toate, trebuie să înțelegeți ce este ADN-ul. Acesta este acidul deoxiribonucleic, care este materialul ereditar al omului și al tuturor organismelor vii.

Aproape fiecare celulă din corpul uman are una și unaacelași ADN. Majoritatea acidului deoxiribonucleic se află în nucleul celular (se numește ADN nuclear), dar este prezent într-o cantitate mică în mitocondrii.

Informațiile din ADN sunt stocate ca un cod constândDintre cele patru baze chimice: adenina (A), guanina (G), citozina (C) și timina (T). Genomul uman este format din aproximativ 3 miliarde de baze, iar mai mult de 99% din aceste baze sunt aceleași pentru toți oamenii. Ordinea și succesiunea lor determină modul în care corpul este construit și menținut - la fel cum literele alfabetului sunt construite într-o anumită ordine, formând cuvinte și propoziții.

Bazele ADN se împerechează între ele -de exemplu, A cu T și C cu G pentru a forma unități numite perechi de baze. Fiecare bază este, de asemenea, atașată la o moleculă de zahăr și la o moleculă de fosfat. Împreună, baza, zahărul și fosfatul sunt numite nucleotide.

Nucleotidele sunt situate sub forma a două fire lungi care formează o dublă helix - în această formă suntem obișnuiți să imaginăm ADN-ul.

DNA

Structura elicopterului dublu amintește oarecum de o scară: perechile de bază formează pași, iar moleculele de zahăr și fosfat formează porțiuni laterale verticale.

ADN-ul coagulat conține instrucțiuninecesare pentru funcționarea sa. De exemplu, atunci când o celulă are nevoie de mai multe proteine ​​pentru a crește, se citește ADN-ul care codifică proteina dorită. Astfel de compuși sunt numiți codoni și sunt scrise în trei litere - de exemplu, TCG și TCA.

Aproape toate formele de viață, de la meduze la oameni,utilizați 64 de codoni. Dar mulți dintre aceștia fac același lucru sau își repetă funcțiile. Un total de 61 de codoni formează 20 de aminoacizi naturali care pot fi legați împreună, cum ar fi bilele pe un șir, pentru a crea orice proteină în natură. Alți trei codoni sunt un fel de inhibitor - ei spun celulei atunci când proteina este gata și trebuie să se oprească să o genereze.

Codonii sunt utilizați pentru a identifica aminoacizii,o parte din proteinele pe care le produc. TCA, de exemplu, definește serina, ceea ce înseamnă "extrageți acest aminoacid din bulionul celular și atașați-l la proteina pe care o produce celula". AAG definește lizina. TAA înseamnă oprirea adăugării de aminoacizi la o proteină în creștere. Dar AGT înseamnă și serină, precum AGC, TCT, TCC și TCG. Dacă natura ar fi eficace, ar folosi 20 de codoni pentru 20 de aminoacizi, plus unul pentru "oprire".

Cercetatorii au incercat sa creeze un astfel de organism optimizat.

Ce a făcut exact genetica

Un grup de oameni de știință din Cambridge a studiat întregulcodul genetic al tulpinei E. coli și a analizat funcțiile tuturor codonilor. După aceea, cercetătorii codonului serin au înlocuit TCG cu AGC, fiecare TCA (de asemenea serină) cu AGT și cu fiecare TAG (codon stop) cu TAA.

În total, au contribuit la ADN-ul lui E. coli 18 214 modificări - genomul rezultat a fost cel mai mare bloc ADN creat vreodată de fuziunea artificială. Pe hârtie, înregistrarea genomului editat arată că cercetătorii au decis să înlocuiască un cuvânt foarte comun într-o copie digitală a romanului Război și pace.

Cu toate acestea, munca cea mai dificilă a fost colectareacopie chimică a genomului rescris și schimbă-l pentru organismele vii din interior. Această lucrare a dus cercetătorii la aproximativ doi ani: când fiecare fragment sintetic a înlocuit codul original, cercetătorii au observat dacă bacteriile ar funcționa sau ar muri.

"Există multe modalități posibile de transcodaregenomului, dar multe dintre ele sunt problematice: celula moare. De exemplu, se presupune că codonii sinonimi pot produce cantități diferite de proteine ​​și, uneori, proteine ​​cu caracteristici neașteptate care ucid o celulă ".

Jason Chin, autor principal

Cercetătorii au descoperit o schemă de recodificarecare a permis înlocuirea codului original cu una artificială și păstrarea în viață a E. coli, în ciuda utilizării a 59 de codoni în loc de 61 pentru generarea aminoacizilor și a doi, nu a celor trei codoni, pentru a opri acest proces.

Astfel, oamenii de știință au reușit să reducă numărulcodoni de la 64 la 61. Aceasta este o nouă înregistrare - până acum geneticienii au reușit să creeze bacteria Escherichia coli, care ar putea supraviețui doar cu 63 de codoni în loc de 64.

Ce va duce la asta

Scopul principal al creării unui genom editat -capacitatea de a da codonilor capacitatea de a genera unul din sutele de aminoacizi, în plus față de 20, stabilit prin natură. Acest lucru va face posibilă sintetizarea noilor enzime și a altor proteine.

"Natura ne-a dat un set limitat de enzime,ale căror proprietăți am învățat să le folosim pentru îndeplinirea unor sarcini complexe, de la producția de brânză și suc de fructe până la fabricarea biocombustibililor și detectarea markerilor în teste biologice. Putem face toate acestea cu un set de 20 de aminoacizi - imaginați-vă ce oportunități putem obține de la utilizarea a 22 sau mai mulți aminoacizi ", a spus Stat Ellis, expert în biologia sintetică la Imperial College din Londra.

Printre aceste oportunități se numără crearea de noialimente, apariția de noi oportunități pentru industrie și, cel mai important, crearea de bacterii rezistente la viruși. Acest lucru va permite farmacistilor sa creeze medicamente care sa se ocupe mai eficient de virusi si bacterii.

A descoperit oamenii de știință aceste oportunități? Nu. Dar a făcut posibilă avansarea într-o încercare de a crea un genom complet sintetic al unui organism viu cu funcții diferite de cele originale.

Au ridicat domeniul genomicii sinteticenoul nivel, nu numai că a reușit să colecteze cu succes cel mai mare genom sintetic creat vreodată, ci și să facă cele mai mari schimbări ", a concluzionat Alice într-un interviu acordat The Guardian.