Pred deviatimi rokmi americkí vedci pod vedením genetika Craiga Ventera oznámili, že vytvorili prvý
O niekoľko rokov neskôr to však vedci uznaligenóm baktérií nebol skutočne radikálne zmenený. Napriek tomu práca vedcov znamenala začiatok nového smerovania v genetike, ktorá sa zaoberá tvorbou organizmov s plne upravenou DNA.
E. coli E. coli
Vedci zprojekt GP-write - už sa im podarilo vytvoriť umelé kópie 2 zo 16 chromozómov, ktoré tvoria genóm jedného kmeňa pekárskych kvasníc. Ale DNA Mycoplasma mycoides obsahuje len 1,08 milióna párov báz a chromozómy kvasiniek ich obsahujú menej ako 1 milión. E. coli, s ktorou genetici pracovali v Laboratóriu molekulárnej biológie v anglickom Medical Research Council v Cambridge, obsahuje 4 milióny báz.
Výskumníci pod vedením doktora Jasona Chinarozbil tieto 4 milióny báz Escherichia coli na 37 fragmentov a syntetizoval ich. Výsledný exemplár je podobný svojim prirodzeným náprotivkom, no prežije vďaka menšej sade genetických nástrojov.
Čo je to DNA a prečo ju syntetizovať
V prvom rade stojí za to pochopiť, čo je DNA. Ide o kyselinu deoxyribonukleovú, ktorá je dedičným materiálom človeka a všetkých živých organizmov.
Takmer každá bunka v ľudskom tele má jednu aDNA. Väčšina kyseliny deoxyribonukleovej je v bunkovom jadre (nazýva sa jadrová DNA), ale je prítomná v malom množstve v mitochondriách.
Informácie v DNA sú uložené ako kód pozostávajúci zZo štyroch chemických báz: adenín (A), guanín (G), cytozín (C) a tymín (T). Ľudský genóm pozostáva z približne 3 miliárd báz a viac ako 99% týchto báz je rovnakých pre všetkých ľudí. Ich poradie a postupnosť určuje, ako je telo postavené a udržiavané - rovnako ako písmená abecedy sú postavené v určitom poradí a tvoria slová a vety.
DNA bázy sa navzájom spárujú -napríklad A s T a C s G na vytvorenie jednotiek nazývaných páry báz. Každá báza je tiež pripojená k molekule cukru a molekule fosfátu. Spoločne sa báza, cukor a fosfát nazývajú nukleotid.
Nukleotidy sú usporiadané vo forme dvoch dlhých vlákien, ktoré tvoria dvojitú špirálu – takto sme zvyknutí uvažovať o DNA.
DNA
Štruktúra dvojitej špirály je trochu pripomínajúca rebrík: páry báz tvoria kroky a molekuly cukru a fosfátu tvoria vertikálne bočné časti.
DNA zložená do bunky obsahuje inštrukciepotrebné na jeho fungovanie. Napríklad, keď bunka potrebuje viac proteínu na rast, číta DNA, ktorá kóduje požadovaný proteín. Takéto zlúčeniny sa nazývajú kodóny a sú napísané tromi písmenami - napríklad TCG a TCA.
Takmer všetky formy života, od medúz až po ľudí,použiť 64 kodónov. Ale mnohí z nich robia rovnakú prácu alebo opakujú svoje funkcie. Celkom 61 kodónov tvorí 20 prirodzene sa vyskytujúcich aminokyselín, ktoré je možné navliecť ako guľôčky na šnúrku a vytvoriť tak akýkoľvek proteín v prírode. Tri ďalšie kodóny fungujú ako druh brzdy – oznamujú bunke, kedy je proteín pripravený a musí ho zastaviť.
Kodóny sa používajú na stanovenie aminokyselín,zložky bielkovín, ktoré produkujú. TCA napríklad definuje serín, čo znamená „vybrať túto aminokyselinu z bunkového bujónu a pripojiť ju k proteínu, ktorý bunka vytvára“. AAG detekuje lyzín. TAA znamená zastavenie pridávania aminokyselín do rastúceho proteínu. Ale AGT tiež znamená serín, rovnako ako AGC, TCT, TCC a TCG. Ak by bola príroda efektívna, použila by 20 kodónov na 20 aminokyselín plus jeden na „stop“.
Výskumníci sa pokúsili vytvoriť takýto optimalizovaný organizmus.
Čo presne genetika robí
Skupina vedcov z Cambridge to celé študovalagenetický kód kmeňa E. coli a analyzovali funkcie všetkých kodónov. Vedci potom nahradili serínový kodón AGC, každý TCA (tiež serín) za AGT a každý TAG (stop kodón) za TAA.
Spolu prispeli k DNA E. coli 18 214 úprav - výsledný genóm bol najväčší blok DNA, aký bol kedy vytvorený umelou fúziou. Na papieri vyzerá záznam upraveného genómu, že sa výskumníci rozhodli nahradiť jedno veľmi bežné slovo v digitálnej kópii románu Vojna a mier.
Najťažšou prácou však bolo zbieraťchemickej kópie prepísaného genómu a vymieňať ho za pôvodný v živých organizmoch. Táto práca trvala vedcov asi dva roky: keď každý syntetický fragment nahradil pôvodný kód, vedci zistili, či baktérie fungujú alebo umierajú.
„Existuje veľa možných spôsobov prekódovaniagenómu, ale mnohé z nich sú problematické: bunka odumiera. Napríklad, údajne synonymné kodóny môžu produkovať rôzne množstvá proteínu a niekedy proteíny s neočakávanými vlastnosťami, ktoré bunku zabíjajú."
Jason Chin, hlavný autor štúdie
Výskumníci objavili schému prekódovaniačo umožnilo nahradiť pôvodný kód umelým a udržať E. coli pri živote, napriek tomu, že na zastavenie tohto procesu sa použilo 59 kodónov namiesto 61 na generovanie aminokyselín a dva namiesto 3 kodónov.
Vedci tak mohli tento počet znížiťkodóny od 64 do 61. Ide o nový rekord - až doteraz genetici dokázali vytvoriť baktériu Escherichia coli, ktorá mohla prežiť s iba 63 kodónmi namiesto 64.
Čo to povedie
Hlavným účelom vytvorenia upraveného genómu -schopnosť dávať kodónom schopnosť generovať jednu zo stoviek aminokyselín, okrem 20, stanovených prirodzene. To umožní syntetizovať nové enzýmy a iné proteíny.
„Príroda nám poskytla obmedzený súbor enzýmov,ktorých vlastnosti sme sa naučili používať na vykonávanie zložitých úloh, od výroby syrov a ovocných štiav až po výrobu biopalív a detekciu markerov v biologických testoch. Môžeme to všetko urobiť so súborom 20 aminokyselín - predstavte si, aké príležitosti môžeme získať z používania 22 alebo viac aminokyselín, “povedal Stat Ellis, expert na syntetickú biológiu na Imperial College London.
Medzi tieto príležitosti patrí vytvorenie novýchpotraviny, vznik nových príležitostí pre priemysel, a čo je najdôležitejšie, vytváranie baktérií odolných voči vírusom. To umožní farmaceutom vytvoriť lieky, ktoré budú účinnejšie riešiť vírusy a baktérie.
Dal objav vedcov tieto možnosti? Nie Ale urobila veľký pokrok v snahe vytvoriť úplne syntetický genóm živého organizmu s funkciami odlišnými od pôvodných.
„Vyvinuli oblasť syntetickej genomikyNová úroveň nielenže úspešne zozbierala najväčší syntetický genóm, ktorý bol kedy vytvorený, ale aj urobila v ňom najväčšie zmeny, “uzavrela Alice v rozhovore pre The Guardian.