Синтетичен микроорганизъм живее с по-малко от 500 гена

genome.jpg
Когато става въпрос за размер на генома, шампион в тежка категория е японското растение Paris japonica, което има 50 пъти повече ДНК от човека. В другата крайност се намира микроорганизъм, който в момента расте в петри в Калифорния. Тази седмица, изследователски екип, ръководен от пионера в секвенирането на геноми Крейг Вентър, обяви в Science, че са създали бактерията с най-малък геном и най-малък брой гени, сред всички живи същества. Бактерията е наречена Syn 3.0 и геномът ѝ е смален до есенциалния минимум от гени, необходими да оцелява и да се дели – само 473 гена.
Опростената генетична структура на микроорганизма вълнува еволюционните биолози и биотехнолозите, които нямат търпение да започнат да добавят гени обратно в него, за да изучават функциите им. „Това е много важна стъпка към създаването на жива клетка, чийто геном е напълно дефиниран“ – казва Крис Войгт от Масачузецкия технологичен институт в Кеймбридж. Но все още функцията на една трета от гените на Syn 3.0, или 149 от тях, остава неизяснена. Първата задача на изследователите е да проверят ролята им.Както подсказва името на Syn 3.0, той не е първият синтетичен организъм, създаден от Вентър. През 2010, неговият екип съобщи, че са синтезирали единствената хромозома на Mycoplasma mycoides – бактерия, която притежава относително малък геном – и я внедрили в друга микоплазма, наречена M. capricolum, чиято ДНК премахнали преди това. След няколко фалстарта, микроорганизмът започнал да синтезира белтъци, които са характерни за M. mycoides. Те оставили генетичния материал на Syn 1.0 непроменен.

В настоящия си труд, Вентър и ръководителят на проекта Клайд Хътчисън, са решили да определят минималния брой гени, необходими за живота, чрез премахване на гени от Syn 1.0, които не са жизнено важни. Първоначално те формирали два екипа, като всеки от тях имал една и съща задача: да използват цялото налично познание за генома, за да проектират бактериална хромозома, съдържаща хипотетичния минимум гени. И двете предложения били синтезирани и трансплантирани в M. capricolum, за да проверят дали някое от тях ще даде в резултат жизнеспособен организъм.

„Голямата новина е, че се провалихме“ – казва Вентър. „Бях изненадан.“ Нито една от хромозомите не била достатъчна, за да даде живот. Вентър признава, че биологичните ни познания не са достатъчни, за да проектираме и създадем жив организъм.
След това, Вентър и колегите му разделили генома на Syn 1.0, който притежава 901 гена, на осем части. Те добавили кратки идентични ДНК последователности в началото и в края на всяка част, за да могат лесно да ги разграничават. Това им позволило да третират частите като независими модули – те премахвали всеки един от тях поред, изтривали участъци от ДНК, след това сглобявали отново генома и го вкарвали обратно в M. capricolum, за да видят дали ще получат жива клетка. Ако така измененият геном не бил жизнеспособен, те разбирали, че са изрязали важен ген, който трябва да се върне на мястото си. Изследователите оценили необходимостта от редица гени, чрез вкарване на чужд генетичен материал (под формата на транспозони), който да наруши функцията им.

Всичко това им позволило системно да премахват гени, които или нямали жизнено важни функции, или имали еднаква функция с друг ген. Екипът проектирал и изпробвал хиляди конструкта, преди да достигне до Syn 3.0, чийто геном е почти двойно по-малък от този на Syn 1.0.

След като приключили със смаляването на генома, изследователите преподредили останалите гени. Процедурата разчистила генома, както компютърът реорганизира и компресира файловете, за да спести дисково пространство. Това ще направи живота на синтетичните биолози много по-лесен, защото вече ще могат да провеждат експериментите си със Syn 3.0, казва Войгт.
Геномът на новия организъм не е много по-малък от този на M. genitalium, но последният расте толкова бавно, че удвояването на популацията отнема седмици. За разлика от него, Syn 3.0 се удвоява за 3 часа, което означава, че е много жизнеспособен с „изтънения“ си геном. „Не твърдим, че това е най-малкият възможен геном“ – казва Вентър, но засега Syn 3.0 държи рекорда за шампион в най-лека категория.


РЕКЛАМА:

***

Превод: Росица Ташкова
Източник: http://www.sciencemag.org/


Европейска нощ на учените 2022 г.: