Новости химической науки > Первая искусственная клетка

Исследователи впервые смогли трансплантировать синтетическую хромосому в клетку, получив таким образом искусственную бактерию.

Результаты исследования закладывают основы для получения «искусственных организмов» из дрожжей, представляя собой существенный прогресс в разработке новых методов получения биотоплива и синтеза химических препаратов исходя из соединений биологического происхождения.

Схематическое представление самоорганизации генома синтетического M. mycoides в дрожжах. (Рисунок из Science, 2010, DOI: 10.1126/science.1190719)

«Рукотворные» микроорганизмы являются частью исследовательской работы, которая проводится в группе Дэна Гибсона (Dan Gibson) и первооткрывателя методов секвенирования генома Крега Вентера (Craig Venter). Помимо нескольких известных генетических «водяных знаков», которые исследователи введи в созданный организм, геном искусственного микроорганизма во многом походит на геном микроорганизма Mycoplasma mycoides, паразитирующего на организме козлов. Выращенные в чашке Петри синтетическая версия Mycoplasma mycoides даже внешне напоминает организм природного происхождения и, как его природные сородичи, способен к самовоспроизведению.

Гибсон отмечает, что за последние 15 лет геномы многих организмов были секвенированы и внесены в базы данных, сам Гибсон называет этот процесс «оцифровкой биологии». Исследователь полагает, что в настоящее время появляется возможность «обратить» процесс оцифровки, получая искусственные клетки на основе уже имеющейся в распоряжении исследователей информации.

Получение таких искусственных организмов представляет собой непростую задачу – геном M. mycoides содержит более миллиона пар нуклеотидов (элементарных букв генетического кода), а с помощью современных технологий синтеза ДНК можно получать нуклеиновые кислоты, состоящие лишь из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Для получения полного генома искусственной клетки исследователи из группы Гибсона использовали способность дрожжей способствовать связыванию небольших по размеру молекул ДНК с помощью ферментов. В 2008 году группа Гибсона впервые сообщила о получении первого искусственного генома [1], за последние годы ими предпринимались многочисленные попытки создать в лаборатории живую систему, вводя геномы бактерий, выращенные в дрожжевых клетках в выращенные естественным путем клетки-«хозяева».

Новое исследование, проведенное группой Гибсона [2], показывает, как полученные химическим путем относительно короткие (около 1000 нуклеотидных пар) цепи ДНК wбыли объединены за счет перекрывания – ферментный аппарат дрожжевых клеток распознавал зоны будущего перекрывания и связывал их. Увеличенные по размеру сегменты ДНК, состоявшие из десятков и сотен тысяч нуклеотидных пар в дальнейшем комбинировались с образованием полноразмерного синтетического генома, который затем переносили в клетку-хозяина – другой организм того же семейства, что и M. mycoides – микроорганизма M. Capricolum.

Пол Фримонт (Paul Freemont) из Имперского Колледжа Лондона высоко оценивает работу Гибсона, отмечая, однако, что хотя новая работа и создает предпосылки для создания искусственных живых систем, не следует забывать, что при получении таких микроорганизмов необходимо точно представлять, за что отвечает каждый отдельный ген, входящий в синтезируемый генотип.

Британский исследователь добавляет, что, возможно, менее опасным и приводящим к более предсказуемым последствием предприятием было бы получение минимального по размеру искусственного генома, содержащего информацию лишь об основных свойствах организма, который мог бы выполнять строго запрограммированные функции, как, например, конверсию биологического материала в биотопливо.

Источники: [1] Science, 2008, 319, 1215 (DOI: 10.1126/science.1151721); [2] Science, 2010, DOI: 10.1126/science.1190719

метки статьи: #биохимия, #молекулярная биология, #нанотехнологии, #химия полимеров