เก้าปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันที่นำโดยนักพันธุศาสตร์ Craig Venter ประกาศว่าพวกเขาได้สร้างสิ่งแรกขึ้น
อย่างไรก็ตามไม่กี่ปีต่อมานักวิทยาศาสตร์ก็ยอมรับว่าจีโนมของแบคทีเรียไม่ได้เปลี่ยนแปลงอย่างสิ้นเชิง อย่างไรก็ตามสิ่งนี้งานของนักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดจุดเริ่มต้นของทิศทางใหม่ในพันธุศาสตร์ซึ่งกำลังสร้างสิ่งมีชีวิตด้วย DNA ที่ถูกแก้ไขอย่างสมบูรณ์
อี. โคไลอี. โคไล
นักวิทยาศาสตร์จากโครงการ GP-write - พวกเขาได้สร้างสำเนาเทียมของโครโมโซม 2 ใน 16 โครโมโซมที่ประกอบเป็นจีโนมของยีสต์ขนมปังหนึ่งสายพันธุ์ แต่ DNA ของ Mycoplasma mycoides มีเพียง 1.08 ล้านคู่เบส และโครโมโซมของยีสต์มีน้อยกว่า 1 ล้านคู่ที่นักพันธุศาสตร์ร่วมงานด้วยที่ห้องปฏิบัติการชีววิทยาโมเลกุลของสภาวิจัยการแพทย์ในอังกฤษในเคมบริดจ์มี 4 ล้านเบส
นักวิจัยนำโดย ดร. เจสัน ชินทำลายฐานของเชื้อ Escherichia coli จำนวน 4 ล้านฐานออกเป็น 37 ส่วนและสังเคราะห์พวกมัน ตัวอย่างที่ได้นั้นคล้ายคลึงกับตัวอย่างตามธรรมชาติ แต่สามารถอยู่รอดได้ด้วยเครื่องมือทางพันธุกรรมชุดเล็ก
DNA คืออะไรและทำไมต้องสังเคราะห์มัน
ก่อนอื่น ต้องทำความเข้าใจก่อนว่า DNA คืออะไร เป็นกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกซึ่งเป็นสารทางพันธุกรรมของมนุษย์และสิ่งมีชีวิตทั้งหมด
เกือบทุกเซลล์ในร่างกายมนุษย์มีเซลล์หนึ่งและDNA เดียวกัน ส่วนใหญ่ของกรด deoxyribonucleic อยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ (เรียกว่า DNA นิวเคลียร์) แต่มันมีอยู่ในไมโทคอนเดรียเล็กน้อย
ข้อมูลใน DNA ถูกเก็บไว้เป็นรหัสซึ่งประกอบด้วยจากฐานทางเคมีทั้งสี่: อะดีนีน (A), กัวนีน (G), ไซโตซีน (C), และไทมีน (T) จีโนมมนุษย์ประกอบด้วยประมาณ 3 พันล้านฐานและมากกว่า 99% ของฐานเหล่านี้เหมือนกันสำหรับทุกคน ลำดับและลำดับของพวกเขาจะกำหนดวิธีการสร้างและบำรุงรักษาร่างกาย - เช่นเดียวกับตัวอักษรของตัวอักษรที่ถูกสร้างขึ้นในลำดับที่แน่นอนสร้างคำและประโยค
ฐาน DNA จับคู่กัน -ตัวอย่างเช่น A พร้อม T และ C พร้อม G เพื่อสร้างหน่วยที่เรียกว่าคู่ฐาน แต่ละฐานยังติดอยู่กับโมเลกุลน้ำตาลและโมเลกุลฟอสเฟต เบส น้ำตาล และฟอสเฟตรวมกันเรียกว่านิวคลีโอไทด์
นิวคลีโอไทด์ถูกจัดเรียงในรูปแบบของเกลียวยาวสองเส้นที่ก่อตัวเป็นเกลียวคู่ - นี่คือวิธีที่เราคุ้นเคยกับการคิดถึง DNA
ดีเอ็นเอ
โครงสร้างของเกลียวคู่นั้นค่อนข้างจะชวนให้นึกถึงบันได: ฐานคู่ก่อตัวขึ้นในขั้นตอนและโมเลกุลของน้ำตาลและฟอสเฟตจากส่วนแนวดิ่ง
DNA ถูกพับเข้าในเซลล์มีคำแนะนำจำเป็นสำหรับการทำงานของมัน ตัวอย่างเช่นเมื่อเซลล์ต้องการโปรตีนมากขึ้นมันจะอ่าน DNA ที่เข้ารหัสโปรตีนที่ต้องการ สารประกอบดังกล่าวเรียกว่า codons และเขียนด้วยอักษรสามตัว - เช่น TCG และ TCA
สิ่งมีชีวิตเกือบทุกรูปแบบตั้งแต่แมงกะพรุนจนถึงมนุษย์ใช้ 64 รหัส แต่หลายคนก็ทำงานเดิมหรือทำหน้าที่ซ้ำๆ โคดอนทั้งหมด 61 ตัวประกอบขึ้นเป็นกรดอะมิโนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ 20 ชนิด ซึ่งสามารถนำมาร้อยรวมกันเหมือนเม็ดบีดบนเชือกเพื่อสร้างโปรตีนในธรรมชาติ โคดอนอีกสามตัวทำหน้าที่เป็นเบรกชนิดหนึ่ง โดยจะบอกเซลล์เมื่อโปรตีนพร้อมและจำเป็นต้องหยุดสร้างมัน
โคดอนถูกใช้เพื่อกำหนดกรดอะมิโนส่วนประกอบของโปรตีนที่ผลิตได้ ตัวอย่างเช่น TCA ให้คำจำกัดความของซีรีน ซึ่งแปลว่า "นำกรดอะมิโนนี้ออกจากน้ำซุปของเซลล์และยึดติดกับโปรตีนที่เซลล์สร้างขึ้น" AAG ตรวจพบไลซีน TAA หมายถึงการหยุดการเติมกรดอะมิโนลงในโปรตีนที่กำลังเติบโต แต่ AGT ยังหมายถึงซีรีน เช่นเดียวกับ AGC, TCT, TCC และ TCG หากธรรมชาติมีประสิทธิภาพ ก็จะใช้โคดอน 20 ตัวสำหรับกรดอะมิโน 20 ตัว บวกอีก 1 ตัวสำหรับ "หยุด"
นักวิจัยพยายามสร้างสิ่งมีชีวิตที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุด
พันธุศาสตร์ทำอะไรกันแน่
นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งจากเคมบริดจ์ศึกษาทั้งหมดรหัสพันธุกรรมของเชื้อ E. coli และวิเคราะห์การทำงานของโคดอนทั้งหมด จากนั้นนักวิจัยได้เปลี่ยนโคดอนซีรีนด้วย AGC, TCA แต่ละตัว (รวมถึงซีรีนด้วย) ด้วย AGT และแต่ละ TAG (โคดอนหยุด) ด้วย TAA
โดยรวมแล้วพวกเขาบริจาคให้ DNA ของ E. การแก้ไข coli 18 214 - จีโนมที่ได้นั้นเป็น DNA บล็อกที่ใหญ่ที่สุดที่เคยสร้างขึ้นโดยการหลอมรวมแบบประดิษฐ์ บนกระดาษการบันทึกจีโนมที่แก้ไขดูเหมือนนักวิจัยตัดสินใจที่จะแทนที่คำที่พบบ่อยมากในสำเนาดิจิทัลของสงครามและสันติภาพ
อย่างไรก็ตามงานที่ยากที่สุดคือการรวบรวมคัดลอกทางเคมีของจีโนมที่เขียนซ้ำและแลกเปลี่ยนกับสิ่งมีชีวิตภายในสิ่งมีชีวิต งานนี้ใช้เวลานักวิทยาศาสตร์ประมาณสองปี: เมื่อชิ้นส่วนสังเคราะห์แต่ละชิ้นมาแทนที่รหัสเดิมนักวิจัยสังเกตว่าแบคทีเรียจะทำงานหรือตาย
“มีหลายวิธีที่เป็นไปได้ในการเขียนโค้ดใหม่จีโนม แต่ส่วนใหญ่มีปัญหา: เซลล์ตาย ตัวอย่างเช่น โคดอนที่มีความหมายเหมือนกันสามารถผลิตโปรตีนได้ในปริมาณที่แตกต่างกัน และบางครั้งโปรตีนที่มีลักษณะที่ไม่คาดคิดซึ่งสามารถฆ่าเซลล์ได้"
เจสัน ชิน ผู้เขียนหลักของการศึกษาวิจัยนี้
นักวิจัยได้ค้นพบรูปแบบการเข้ารหัสซึ่งทำให้สามารถแทนที่รหัสต้นฉบับด้วยรหัสเทียมและรักษาเชื้อ E. coli ให้คงอยู่ได้ แม้ว่าจะใช้รหัส 59 รหัสแทนที่จะเป็น 61 รหัสเพื่อสร้างกรดอะมิโน และรหัสอีก 2 รหัสแทนที่จะเป็น 3 รหัสเพื่อหยุดกระบวนการนี้
ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงสามารถลดจำนวนลงได้codons จาก 64 ถึง 61 นี่เป็นสถิติใหม่ - จนถึงขณะนี้นักพันธุศาสตร์สามารถสร้างแบคทีเรีย Escherichia coli ซึ่งสามารถอยู่รอดได้ด้วย 63 codons แทนที่จะเป็น 64
มันจะนำไปสู่อะไร
วัตถุประสงค์หลักในการสร้างจีโนมที่แก้ไข -ความสามารถในการให้ codons ความสามารถในการสร้างหนึ่งในร้อยของกรดอะมิโนนอกเหนือจาก 20 วางโดยธรรมชาติ สิ่งนี้จะทำให้สามารถสังเคราะห์เอนไซม์ใหม่และโปรตีนอื่น ๆ ได้
"ธรรมชาติทำให้เรามีเอนไซม์ จำกัดคุณสมบัติของเราได้เรียนรู้ที่จะใช้สำหรับการทำงานที่ซับซ้อนตั้งแต่การผลิตชีสและน้ำผลไม้ไปจนถึงการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพและการตรวจจับเครื่องหมายในการทดสอบทางชีวภาพ เราสามารถทำสิ่งนี้ได้ด้วยกรดอะมิโน 20 ชุด - ลองจินตนาการว่าโอกาสที่เราจะได้รับจากการใช้กรดอะมิโน 22 ตัวหรือมากกว่านั้น "Stat Statis ผู้เชี่ยวชาญด้านชีววิทยาสังเคราะห์ที่ Imperial College London กล่าว
ท่ามกลางโอกาสเหล่านี้คือการสร้างใหม่อาหารการเกิดขึ้นของโอกาสใหม่สำหรับอุตสาหกรรมและที่สำคัญที่สุดคือการสร้างแบคทีเรียที่ต้านทานต่อไวรัส สิ่งนี้จะช่วยให้เภสัชกรสามารถสร้างยาที่สามารถจัดการกับไวรัสและแบคทีเรียได้อย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น
การค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ให้โอกาสเหล่านี้หรือไม่? เลขที่ แต่ก็มีความก้าวหน้าอย่างมากในความพยายามที่จะสร้างจีโนมสังเคราะห์ที่สมบูรณ์ของสิ่งมีชีวิตที่มีการทำงานแตกต่างจากของเดิม
พวกเขายกระดับจีโนมสังเคราะห์ขึ้นระดับใหม่ไม่เพียง แต่จะประสบความสำเร็จในการรวบรวมจีโนมสังเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยสร้างมาเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ยิ่งใหญ่ที่สุดอีกด้วย” อลิซสรุปในการให้สัมภาษณ์กับเดอะการ์เดียน