15 сентября 2011 года, 12:40 | Текст: Кирилл Стасевич | Послушать эту новость
Попытки создать организм с искусственным геномом предпринимались неоднократно. Обычно в таких работах исследователи ограничивались вмешательством в геном простых бактерий-микоплазм или вирусов. Операции, проводимые с бактериальным геномом, сводились к удалению «лишних» элементов из хромосомы бактерии или к замене одних участков генома другими.
Почкующиеся пекарские дрожжи (фото Eye of Science).
Исследователям из Университета Джонса Хопкинса (США) впервые удалось осуществить масштабную замену куска генома на его синтетический аналог не в бактериальном, а в более сложном эукариотическом организме. «Жертвами» учёных оказались, как можно догадаться, дрожжи Saccharomyces cerevisiae, геном которых среди эукариот изучен лучше всего.
Целью учёных были два хромосомных фрагмента, которые вместе составляют примерно 1% от всей дрожжевой ДНК, насчитывающей 12 млн пар азотистых оснований. Исследователи синтезировали «улучшенный» аналог этих фрагментов: в искусственной ДНК не было повторяющихся сегментов, которые дестабилизируют геном, и в них не было неиспользуемых межгенных участков.
Но амбиции исследователей простирались дальше простой замены куска натуральной ДНК на искусственную. Синтезированные фрагменты генома были снабжены специальными «хвостами» — участками ДНК, которые не только позволяли отличить естественные фрагменты генома от искусственных, но и служили маяком для особого фермента. Последний перетасовывал набор фрагментов ДНК, вырезая эти фрагменты или заменяя один на другой.
Иными словами, экспериментаторы встроили в дрожжи эволюционную машинку, которая позволяла оценить, как изменения в строго определённом участке генома влияют на приспособленность организма к среде.
Отредактированная синтезированная ДНК сшивалась в куски длиной в 10 000 пар азотистых оснований и вставлялась в дрожжи. Как пишут исследователи в журнале Nature, «частично синтетические» дрожжи были стабильны, нормально росли и образовывали колонии. Как только учёные активировали фермент, ответственный за перетасовку генома, среди дрожжей появлялись клоны, отличающиеся от прочих по скорости роста: некоторые росли очень быстро, другие — медленно, третьи — предельно неторопливо по сравнению с исходной культурой. Они по-разному реагировали на присутствие антибиотиков, изменения в температуре и т. п. Всё это говорило о том, что встроенная мутационная машинка осуществляет в геноме самые разные изменения, причём не столько и не обязательно негативные. Анализ ДНК новых штаммов обнаружил множественные делеции, перестановки и другие хромосомные перестройки в их геномах.
Разработанную систему, позволяющую тасовать геном в живом организме, как колоду карт, назвали SCRaMbLE (Synthetic Chromosome Rearrangement and Modification by Lox-P mediated Evolution). Можно сказать, что учёным удалось сконструировать карманную эволюционную машинку: с её помощью можно вносить случайные изменения в определённый набор генов, одновременно создавая необходимые условия среды. В конечном счёте среда сама отберёт вариант, требующийся исследователю.
Поскольку речь идёт не о единичной мутации, то выходит, что таким образом можно быстро «приспособить» организм к довольно сложным изменениям в среде. Если говорить о дрожжах, то так, к примеру, можно создать штаммы, эффективные в производстве биотоплива или утилизирующие какой-нибудь мусор. В будущем авторы работы планируют снабдить системой SCRaMbLE все дрожжевые гены, что позволит быстро получать множество «синтетических» дрожжевых штаммов с заданными функциями.
Подготовлено по материалам Университета Джонса Хопкинса.
/images/upshrink.gif "Свернуть/Развернуть")
/images/kompot.gif)
За компотом/images/topic/normal_post.gif)
/images/expand.gif)
