Синтетический микроб имеет наименьшее количество генов, но много загадок.

Synthetic microbe has fewest genes, but many mysteries. Robert F. Service. Science 25 Mar 2016: Vol. 351, Issue 6280, pp. 1380-1381 DOI: 10.1126/science.351.6280.1380

Когда дело доходит до размера генома, редкий Японский цветок, называемый Paris japonica, является нынешний Чемпион в тяжелом весе – его ДНК в 50 раз больше чем у людей. На другом конце шкалы, появился новый легкий рекордсмен, выращенный в чашках Петри в Калифорнии. На этой неделе в Science, исследователи, во главе с пионером секвенирования генома, Крейгом Вентером, представили доклад о сконструированной бактерии имеющей самый маленький геном — и наименьшее количество генов — для свободно живущего организма, меньше чем цветка с коэффициентом 282000. Названный как Syn 3.0, новый организм имеет геном урезанный до «предметов первой необходимости», необходимых, чтобы выжить и размножаться, всего 473 генов. «Это проявление силы»,- говорит Георг Чорч, биолог-синтезатор Гарвардского университета.
Микроб с хорошо скроенной генетической структурой взволновал эволюционных биологов и биотехнологов, которые рассчитывает путем добавления генов один за другим, изучить их последствия. “Это важный шаг к созданию живой клетки, где геном полностью определен”, — говорит Крис Войт биолог-синтезатор из Массачусетского технологического института в Кембридже. Но Войт и другие отмечают, что это полное определение состоится нескоро, потому что функция 149 Syn 3.0 генов — примерно на треть — остается неизвестной. Первоочередной задачей исследовательской группы — определить функции этих генов, которые обещают новые идеи в фундаментальной биологии жизни.

As Syn 3.0′s name suggests, it’s not the first synthetic life made by Venter, who heads the J. Craig Venter Institute (JCVI) and is a founder of Искусственной Геномики Genomics, a biotech company, both in San Diego, California. In 2010, Venter’s team reported that they had synthesized the sole chromosome of Mycoplasma mycoides — a bacterium with a relatively small genome — and transplanted it into a separate mycoplasma called M. capricolum, from which they had previously extracted the DNA. After several false starts, they showed that the synthetic microbe booted up and synthesized proteins normally made by M. mycoides rather than M. capricolum (Science, 21 May 2010, p. 958). Still, other than adding a bit of watermark DNA, the researchers left the genetic material in their initial synthetic organism, Syn 1.0, unchanged from the parent.
Как подсказывает название Syn 3.0, это не первая синтетическая жизнь, созданная Вентером, который возглавояет Институт Джей Крэйга Вентера (JCVI) и является основателем Искусственной Геномики, биотехнологической компании в Сан-Диего, Калифорния. В 2010 году Вентеровская команда сообщила, что они синтезировали единственную хромосому Mycoplasma mycoides — бактерии с относительно небольшим геном и пересадили ее в отдельную микоплазму под названием M. capricolum, из которой ранее была извлечена ДНК. После нескольких фальстартов, они показали, что синтетический микроб загрузился и синтезирует белки, свойственные M. mycoides а не M. capricolum (Science, 21 May 2010, p. 958).
В своей текущей работе, Вентер, вместе с руководителем проекта Клайдом Хатчисоном в JCVI, поставили перед собой задачу определить минимальный набор генов, необходимых для жизнедеятельности путем удаления ненужных генов от Syn 1.0. Они изначально сформировали две команды, каждая из которых имела одну и туже задачу: с использованием всех имеющихся геномных знаний спроектировать бактериальную хромосому с гипотетически минимальным геномом. Оба предложения были затем синтезированы и пересажены в M. capricolum , чтобы убедиться в том, будет ли производиться жизнеспособный организм
«Большой новостью является то, что мы потерпели неудачу”, — говорит Вентер. “Я был удивлен.” Ни хромосома, производит живого микроба. Понятно, — говорит Вентер, что “наши текущие знания биологии недостаточны, чтобы сесть и спроектировать живой организм, и построить его.”
Вентер и его коллеги добились большого успеха методом проб и ошибок. Они разделили Syn 1.0 в геном, с его 901 генами, на восемь разделов. В начале и в конце каждого раздела они добавили одинаковые метки ДНК, что облегчило сборку фрагментов. Это позволило им относиться к секциям как независимым модулям, удаляя каждый из них по очереди, удалялись куски ДНК, которые затем собираются в полный геном и вставляются в M. capricolum , чтобы увидеть произвела ли она живую клетку. Если измененный геном был не жизнеспособным, они знали, что они вырезали существенный ген, который должен был быть восстановлен. Исследователи также оценивали необходимость в многочисленных генах микроба путем вставки чужеродного генетического материала, называемого транспозон, чтобы нарушить их функцию.
Все это позволило им систематически подрезать гены, которые либо имели неосновные функции или дублирующие функции другого гена. В конце концов, Вентер говорит, что его команда сделана, разработана и испытана “несколько сотен” конструкций, прежде чем остановиться на Син 3.0, с геном около половины размера Син 1.0 соответствует. (Син 2.0 был промежуточным этапом в этом процессе, первый микробов с геном меньше, чем у M. genitalium, который имеет 525 генов, наименьшее количество чем у любого свободноживущего природного организма.)
После того, как «обстругивание» было завершено, исследователи переупорядочили оставшиеся гены, выравнивая те, которые работают в общих направлениях. Эта процедура по форме напоминала процесс дефрагментации жесткого диска компьютера, когда происходит сжатие и реорганизация файлов на жестком диске, чтобы сэкономить дисковое пространство. Это, вероятно, сделает жизнь для биологов-синтезаторов намного проще, которые будут экспериментировать с Syn 3.0 в будущем, говорит Войт.
В общей сложности геном нового организма имел базу в 531000 генов, не намного меньше, чем у М. genitalium, с 600000 . Но M. genitalium растет так медленно, что удвоение популяции клеток может занять несколько недель. Syn 3.0, напротив, имеет время удвоения 3 часа, предполагается, что это ускорение связано с «похудением» генома. “Мы не говорим, что это в конечном итоге минимальный геном,” — говорит Вентер. Сейчас, однако, Syn 3.0 господствует в мире как новый чемпион в легком весе.
Источник: http://science.sciencemag.org/content/351/6280/1380.full

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован.