Группа учёных из института Крейга Вентера (J. Craig Venter Institute — JCVI) объявила о синтезе самой длинной в мире рукотворной ДНК, содержащей 582970 пар оснований, которые полностью соответствуют геному бактерии Mycoplasma genitalium. Это важный шаг на пути к созданию синтетического организма.
Собственно, первая информация об этой работе появилась ещё осенью прошлого года, но тогда говорилось лишь о частичном воспроизведении генома Mycoplasma genitalium. Однако теперь исследователи утверждают, что полностью воссоздали геном этой бактерии.
Причём они не размножили или скопировали готовый «код», а выстроили весь набор с нуля — из простых химикалий. На это ушло очень много времени, и для этого пришлось придумать ряд новых методик работы с фрагментами ДНК.
О том, что представляет собой синтетическая биология, мы подробно рассказывали (в частности в этом и этом материалах). А об исследованиях института Вентера, о взглядах его главы и основателя на синтетическую жизнь, о планах института и о работе по синтезу бактериального генома вы можете прочитать здесь.
Вернёмся, впрочем, к нынешним событиям.
Чтобы выстроить цепочку ДНК, авторы работы придумали многоступенчатый процесс сборки блоков — фрагментов будущей ДНК, клонирования их в недрах бактерии Escherichia coli, сшивания при помощи ферментов и так далее.
Финальная стадия синтеза — вставка четырёх четвертинок полного генома бактерии в дрожжи Saccharomyces cerevisiae, которые, как показал опыт, прекрасно выполнили для биологов ответственную задачу – правильную сборку последних четырёх цепочек ДНК в финальный код.
Так получилась ДНК бактерии Mycoplasma genitalium JCVI-1.0. Почему название с добавкой? Очень просто, учёные вставили в нескольких местах кода «водяные знаки», специальные участки с «информацией», не встречающейся в природе, чтобы отличать эту ДНК от природной, уточняет Science в своей новости.
Кроме того, один из генов был сознательно нарушен, чтобы заблокировать в Mycoplasma genitalium её патогенные свойства.
Недавно авторы работы завершили полную расшифровку (прочтение) полученного генома, убедившись, что он полностью соответствует «коду жизни» Mycoplasma genitalium (за исключением оговорённых выше деталей).
Описание этого многолетнего труда вы найдёте в новой статье самих экспериментаторов в Science и весьма подробном пресс-релизе института.
Science пишет, что в Японии уже изготавливали геном куда большего размера, но воспользовались для этого готовыми ДНК, извлечёнными из разрушенных бактерий.
А команда JCVI собрала свою молекулярную цепочку из простейших кирпичиков (аденин, гуанин и так далее). JCVI сообщает, что ранее самым крупным кодом, собранным людьми, был насчитывающий 32 тысячи пар оснований.
Чтобы проверить, работает ли их синтетический код, биологи ещё должны вставить его в Mycoplasma genitalium, лишённую собственной ДНК. Подготовка к такому шагу уже идёт, и есть все основания считать, что он будет успешным. Ведь именно в JCVI летом прошлого года была выполнена первая в мире трансплантация полного генома между двумя видами.
Кстати, команда JCVI просит различать геномы (и также — организмы и саму жизнь) синтетические и искусственные. Это, в понимании JCVI, — не синонимы.
Пока речь идёт именно о синтетическом геноме — то есть воспроизведении (пусть с поправками и «вставками») генома существующего на Земле организма (Mycoplasma genitalium в данном случае) и шаге к синтетической же жизни. В то время как искусственный геном предполагает не только сборку, но и проектирование его с нуля.
Для этого шага у биологов ещё недостаточно знаний о всех тонкостях работы генного механизма. Ведь в искусственном геноме нужно сознательно предусмотреть участки кода для обеспечения постройки всех частей и для правильной отработки всех функций организма. А это очень сложно сделать даже на уровне бактерии.
Зато синтетическая биология может в будущем помочь человеку в лечении ряда заболеваний, и не только в этом. Некоторые эксперты, например, Дрю Энди (Drew Endy) из Массачусетского технологического института (MIT), полагают, что такие работы, как нынешнее достижение JCVI, уже через несколько лет выльются в синтез хромосом любого одноклеточного на выбор, а потом и в синтез хромосом млекопитающих.
