Ученые создали штамм дрожжей с 50% искусственной ДНК
Большая международная команда создала штамм дрожжей, в котором половина из 16 хромосом являются синтетическими, которые были переработаны и созданы с нуля, что является важным шагом на пути к созданию первой сложной клетки с полностью синтетическим геномом.
«Сейчас мы уже более чем на полпути», — говорит руководитель проекта Джеф Боке из Langone Health Нью-Йоркского университета.
Идея проекта состоит в том, чтобы лучше понять сложные клетки и создать штаммы дрожжей для промышленного использования, например, для производства биотоплива. «Мы думаем, что это станет потрясающей платформой для оптимизации дрожжей для производства продуктов, полезных для человечества», — говорит Буке.
Другие группы создали вирусы и бактерии с целыми геномами, синтезированными с нуля, но с дрожжами сложнее, поскольку это сложная или эукариотическая клетка, подобная клеткам всех растений и животных. Сложные клетки имеют более крупные геномы, разделенные на множество различных хромосом, а не один маленький геном, типичный для бактериальных клеток.
Синтетические версии всех 16 дрожжевых хромосом уже готовы, но объединение всех 16 в один штамм дрожжей может занять еще год или около того, говорит Боке. «Когда мы соберем все эти хромосомы в один штамм, мы сможем делать массу новых вещей, которые мы не могли делать раньше».
Основная проблема заключается не в физической сборке этого штамма, а в «отладке» синтетических хромосом. «По мере того, как мы создаём вещи, мы обнаруживаем эти ошибки, и они являются результатом изменений, которые мы намеренно внесли, которые, согласно тому, что мы знаем о биологии, не должны были иметь негативного воздействия, но оказывается, что они оказывают», — говорит он.
Эукариотические клетки имеют гораздо больше повторяющихся или «мусорных» ДНК, чем бактерии. Внутри генов есть даже кусочки «мусорной» ДНК, называемые интронами, которые приходится сращивать с РНК-копиями генов, несущими инструкции по созданию белков.
Команда удалила большую часть этой повторяющейся ДНК, сделав синтетические хромосомы примерно на 10 процентов меньше. «Мы считаем, что, удалив повторяющуюся ДНК, мы создадим фундаментально более стабильную основу для биотехнологий», — говорит Буке.
Как только все интроны будут удалены, команда планирует удалить и механизм сплайсинга РНК.
Команда также добавила в геном 3000 участков, где они могут запускать рекомбинацию, при которой фрагменты кода обмениваются между разными хромосомами. Идея состоит в том, чтобы быстро создать штаммы для промышленного применения.
«Это похоже на перетасовку колоды карт», — говорит Буке. «Система скремблирования, по сути, представляет собой эволюцию гиперскорости, но мы можем ее включать и выключать».
Существует также совершенно новая 17-я хромосома, содержащая все гены молекул, участвующих в синтезе белка, называемых тРНК. Клеткам необходимо производить много тРНК, но поскольку гены на природных хромосомах расположены в разных направлениях, ферменты могут врезаться друг в друга и разрушать ДНК.
В новой искусственной хромосоме все гены выровнены в одном направлении, чтобы предотвратить разрывы. «Ничего подобного в природе нет, это точно», — говорит Буке.
«Мы полностью согласны с тем, что добавление какой-то системы сдерживания к окончательному штамму было бы идеальным», — говорит Буке. По его словам, команда уже внесла изменения, которые означают, что синтетические дрожжи не смогут конкурировать с дикими.
Технология, разработанная для создания дрожжей, теперь используется для переписывания частей генома мыши, чтобы создать более человекоподобные линии мышей для медицинских исследований. Однако, поскольку геном мыши в 200 раз больше генома дрожжей, создание полностью синтетической мыши с использованием существующих технологий непрактично.
«Если не будет какого-либо существенного ускорения, этого не произойдет при моей жизни», — говорит Буке. «Но я бы не исключал этого. Никогда не стоит недооценивать силу развития технологий».
Обсудим?
Смотрите также:
