У лабораторії науковці створили шість хромосом дріжджів та успішно протестували їх у живих клітинах. На сьогодні готова вже третина першого вищого організму з синтетичною та сильно зміненою ДНК. Через два роки вчені планують представити перші дріжджові клітини з повністю штучним геномом, інформують у журналі Science.
Дріжджі Saccharomyces cerevisiae – улюблений організм-модель клітин евкаріотів. Зображення: Mogana Das Murtey, Patchamuthu Ramasamy /CC-by-sa 3.0
Вже тривалий час генетики працюють над тим, щоби створити організм із цілком штучним (тобто створеним у лабораторії) геномом. Те, що когось наштовхує на думку про Франкенштейна, повинно надати генетичній інженерії нові свідчення про геном і нові можливості для генетичних маніпуляцій.
Та втілити цей задум непросто: списаний із клітини-зразка й узагальнений на комп’ютері ДНК-код спочатку потрібно синтезувати з багатьох маленьких фрагментів, що складаються з чотирьох пар основ та ДНК-каркасу. Потім ці фрагменти потрібно зібрати в конкретній послідовності й помістити в клітину, заздалегідь позбавлену її власної ДНК.
2010 року науковцям уперше вдалося створити життєздатну клітину бактерії з виготовленим у лабораторії геномом. Та ще більшим викликом стало виготовлення клітини евкаріотів. Адже у грибів, рослин, тварин і людей геном вкритий оболонкою і поділений на багато хромосом. Аби відтворити цю складну структуру, необхідно більше техніки, знань і затрат, ніж у випадку з бактеріальною клітиною.
Понад 200 науковців з проекту Synthetic Yeast (синтетичні дріжджі) роками працюють над синтезом усіх 16 хромосом клітини дріжджів, аби врешті отримати життєздатний штучний організм. 2014 року вони досягли першого прориву: тоді їм уперше вдалося виготовити дріжджі з однією штучною хромосомою.
Нещодавно науковці проекту перейшли ще одну віху: вони сконструювали шість хромосом пекарських дріжджів й успішно вживили їх клітинам. Тобто на сьогодні готова вже добра третина геному дріжджів. Окрім того, триває робота над іншими хромосомами.
«Всі комбінації цих штучних хромосом успішно регулюють ріст диплоїдних клітин, навіть якщо їхні природні двійники відсутні», – інформують Сара Річардсон (Sarah Richardson) та її колеги з Університету Джона Гопкінса в Балтіморі. До складу найбільшої з синтезованих хромосом входить понад мільйон пар основ – тобто вона є найбільшою зі всіх хромосом, коли-небудь створених у лабораторії.
Багато учених повідомляє: штучні хромосоми не є ідеальними копіями їхніх природних зразків. Натомість багато фрагментів ДНК науковці переносили з однієї хромосоми до іншої. Інші послідовності доводилося вирізати, адже, згідно з даними вчених, вони не були наділені жодними визначальними функціями.
Та незважаючи на ці тисячі змін у хромосомах і перерозподіл поміж ними геному, після його вживлення дріжджі виростали нормальними, інформують дослідники. «Дотепер ми не натрапили на жодні фундаментальні вади, – каже Джоел Бадер (Joel Bader) з Університету імені Джонса Гопкінса. – Тобто ми цілком вписуємося в графік».
Упродовж наступних двох років дослідники проекту планують синтезувати та вживити клітинам решту десять дріжджових хромосом. Наступним кроком мало би стати наділення дріжджів додатковою 17-ою хромосомою. У цій цілком штучній структурі мали б поєднуватися всі гени-регулятори, необхідні для продукування клітинних білків.
«Наша робота готує ґрунт для досконалого штучного геному, якого так потребують у медицині та промисловості», – сказав Джеф Бек (Jef Boeke) з Медичного центру імені Лангона при Нью-Йоркському університеті. Власне дріжджі є важливими для продукування медичних і біотехнічних активних речових, а завдяки штучному геномові їх можна буде ще більше вдосконалити.
Поки дослідники з проекту Synthetic Yeast тішаться, інші скептично ставляться до втручання в природу. Адже про ризики й етичні питання масового виробництва живих істот із застосуванням ДНК-дизайну дотепер мало дискутували.
AAAS/ Johns Hopkins Medicine / Langone Medical Center , 10/03/2017
Зреферувала Соломія Кривенко
13.03.2017