Науковці вперше створили геном цілком нового синтетичного виду бактерій – спроектованої на комп’ютері форми життя. Взявши за основу природний зразок, науковці скоротили та змінили приблизно 800 000 основ ДНК до 130 000 та сконструювали синтетичний геном бактерії. Ще немає живої клітини цієї новоствореної форми життя, проте перші тести з кусками ДНК вже виявилися успішними.
Зображення: ETH Zürich / Jonathan Venetz.
Створення штучних ідеальних форм життя – мрія багатьох генних інженерів, але все ще суперечлива тема. Завдяки поступу в синтетичній біології науковці все ближче наближаються до здійснення цієї мрії.
Ще 2010 року Крейґу Вентеру (Craig Venter) з командою вдалося відтворити геном бактерії з точністю один до одного, його потім вживили живим мікробам. Трохи пізніше науковці сконструювали першу синтетичну хромосому клітини евкаріота – дріжджів.
В усіх цих випадках застосовували синтетично створену послідовність ДНК, що була здебільшого незмінною, лише трохи скороченою копіїю її природного зразка. Але зараз Джонатан Венетц (Jonathan Venetz) зі Швейцарської вищої технічної школи в Цюріху та його команда зайшли дещо далі.
Вони не лише скопіювали синтетичний геном бактерій, а за допомогою комп’ютера змогли цілком замінити частини геному. «В нашому геномі послідовність основ ДНК цілком нова та не подібна на первинну послідовність, – пояснив колега Венетца Біт Крістен (Beat Christen). – Однак біологічна функція на рівні білків залишилася незмінною».
Вихідним пунктом їхнього дослідження був геном поширеної в усьому світі прісноводної бактерії – Caulobacter crescentus. Від природи цей геном складається приблизно з 4000 генів, але лише 680 з них – необхідні для виживання мікроба, засвідчують попередні дослідження.
У своєму експерименті науковці застосували комп’ютерний алгоритм, що цілком спростив бактеріальні гени та стандартизував ДНК-код. Якщо у природному геномі однаковий білок закодований кількома послідовностями основ, то на комп’ютері вчені використовували тільки один із цих кодів. Загалом 800 000 ДНК-основ із природного зразка науковці замінили приблизно на 130 000.
Венетс і його команда використали основи ДНК, щоби відтворити цю змінену послідовність у лабораторії, створивши у такий спосіб цілком синтетичний бактеріальний геном. Через сильне відхилення від оригіналу науковці вважають своє творіння новим видом і назвали його Caulobacter ethensis 2.0. Під такою назваю синтетичний геном потрапив до офіційної бази даних Національного центру біотехнологічної інформації.
Великим питання стало, чи може з цього штучного геному постати штучний організм? Аби це перевірити, науковці створили бактерію, у якої деякі природні гени замінили на синтетичні ділянки ДНК. В результаті такої поступової заміни вчені з’ясували: приблизно 580 з 680 штучних генів у клітинах Caulobacter виявилися функціональними.
Природною моделлю для штучного геному стали ДНК прісноводної бактерії Caulobacter crescentus. Зображення: ETH Zürich.
«Наш метод – лакмусовий папірець, яким перевіряють, чи правильно біологи зрозуміли генетику, він дає змогу заповнити всі можливі прогалини в наших знаннях», – пояснив Біт Крісте.
Завдяки здобутим знанням можна буде покращити алгоритм і розробити зовсім функціональну версію геному 3.0. «Ми вважаємо, що скоро будемо спроможні створювати з такого геному життєздатну бактеріальну клітину», – сказав Крістен.
Так можна породити перший синтетичний спроектований «під лінійку» організм. «Навіть якщо сучасні версії геному ще не ідеальні, наша робота демонструє, що біологічний синтез дуже просто відтворити, тож у майбутньому ми зможемо визначати його та врешті створювати на комп’ютерах відповідно до нашої мети», – сказав співавтор Матіас Крістен з Вищої технічної школи в Цюріху.
Тож ця технологія має великий потенціал, але породжує й етичні питання. Так, з допомогою синтетичних геномів можна створювати мікробів, що продукуватимуть медикаменти, вакцини й інші важливі біомолекули. З іншого боку, ці штучні форми життя суттєво втручаються у природу й еволюцію – і довгострокові наслідки все ще не можна повністю передбачити.
«На результати дослідження та ймовірне застосування новинки науковці покладають багато надій, але все ж вимагають ґрунтовної суспільної дискусії про те, з якою метою ці технології можна застосовувати і як можна запобігти зловживанню, пов’язаному з цим», – наголошує Біт Крістен. А щодо мікробів-френкенштейнів, які можуть дуже лякати деякого з нас – їхнє створення залишається хіба що питанням часу.
Nadja Podbregar
Bauanleitung für eine synthetische Lebensform
ETH Zurich, 02/04/2019
Зреферувала С. К.
06.04.2019