În urmă cu nouă ani, oamenii de știință americani conduși de geneticianul Craig Venter au anunțat că au creat primul
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 din proiectul GP-write lucrează, de asemenea, la sinteza genomului - au reușit deja să creeze copii artificiale ale 2 din cei 16 cromozomi care alcătuiesc genomul unei tulpini de drojdie de panificație.Dar ADN-ul Mycoplasma mycoides include doar 1,08 milioane de perechi de baze, în timp ce cromozomii de drojdie au mai puțin de 1 milion.Escherichia coli, cu care geneticienii de la Consiliul de Cercetare Medicală al Laboratorului de Biologie Moleculară din Anglia din Cambridge au lucrat, conține4 milioane de baze.
Cercetătorii, conduși de Dr. Jason Chin, au descompus aceste 4 milioane de baze de Escherichia coli în 37 de fragmente și le-au sintetizat.Specimenul 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
În primul rând, merită să înțelegem ce este ADN-ul: este acidul dezoxiribonucleic, care este materialul ereditar al oamenilor 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 o moleculă de fosfat.Împreună, baza, zaharurile și fosfatul se numesc nucleotide.
Nucleotidele sunt aranjate sub forma a două fire lungi care formează o spirală dublă, așa cum suntem obișnuiți să ne 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, pre-umane, folosesc 64 de codoni.Dar mulți dintre ei fac aceeași muncă sau o repetăUn total de 61 de codoni formează 20 de aminoacizi naturali care pot fi legați împreună ca mărgelele pe o sfoară pentru a crea orice proteină în natură.Alți trei codoni sunt un fel de frână – comunicăcând proteina este gata și trebuie să înceteze să o genereze.
Codonii sunt utilizați pentru a identifica aminoacizii care alcătuiesc proteinele pe care le produc.TCA, de exemplu, definește serina, ceea ce înseamnă "extrageți acest aminoacid din supa celulară și atașați-l la o proteină care producecușcă." AAG determină lizina.TAA înseamnă oprirea adăugării de aminoacizi la o proteină în creștere.Dar AGT înseamnă, de asemenea, serină, la fel ca AGC, TCT, TCC și TCG.Dacă natura ar fi eficientă, ar folosi 20 de codoni pentru 20 de aminoacizi, plus unul pentru "oprire".
Cercetătorii au încercat să creeze un astfel de organism optimizat.
Ce a făcut exact genetica
O echipă de oameni de știință de la Cambridge a studiat întregul cod genetic al tulpinii E.Cercetătorii codonilor serini au înlocuit apoi TCG cu AGC, fiecare TCA (de asemenea, serină) cu AGT și 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 a recodifica genomul, dar multe dintre ele sunt problematice: celula moare.De exemplu, codonii presupus sinonimi pot produce cantități diferite de proteine și, uneori, proteine cu caracteristici neașteptate care ucido cușcă."
Jason Chin, autorul principal al studiului
Cercetătorii au descoperit o schemă de recodare care a înlocuit codul original cu unul artificial și a menținut E. coli în viață, în ciuda faptului că a folosit 59 de codoni în loc de 61 pentru a genera aminoaciziși doi, nu 3, 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.
Nu, dar a făcut posibilă parcurgerea unui drum lung în încercarea de a crea un genom complet sintetic al unui organism viu cu diferiteCaracteristici 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.