Ученые создали дрожжи с 50% синтетической ДНК в результате революционных генетических исследований
Ученые достигли важной вехи в 15-летнем проекте, пытающемся создать полностью синтетический геном дрожжей. Исследователи впервые сконструировали жизнеспособные дрожжевые клетки с более чем 50% синтетической ДНК и создали синтетические версии почти всех их хромосом, а также одну совершенно новую хромосому.
Первый в мире полностью синтетический организм был создан в 2010 году и с тех пор подвергался изменениям, позволяющим ему расти, делиться и даже передвигаться самостоятельно. Но эта и подобные ей бактерии имеют очень простые геномы, содержащиеся в одной хромосоме.
Другие ученые работали над созданием синтетических версий более сложных форм жизни, включая проект «Синтетические дрожжи» (Sc2.0). Их цель — создать полностью синтетический геном пивных дрожжей, что сделало бы их первым искусственным эукариотом — группой живых существ, включающей все растения и животных.
Дрожжи упаковывают свою ДНК в 16 хромосом, шесть из которых были ранее синтезированы в рамках проекта. В новую серию исследований ученые Sc2.0 добавили еще восемь и провели серию экспериментов, которые позволяют им изучить биологию дрожжей и то, какие изменения можно безопасно внести в синтетическую версию.
Одним из основных изменений, внесенных в геном, было удаление больших участков повторяющейся ДНК. Эти области не кодируют ничего конкретного, но могут рекомбинироваться друг с другом и вызывать серьезные структурные изменения. Удалив их, команда утверждает, что они получают больший контроль над геномом, делая его более стабильным.
В другом исследовании ученые создали совершенно новую хромосому, содержащую участки ДНК, кодирующие транспортную РНК (тРНК). По словам команды, эти последовательности ДНК уязвимы к нестабильности, поэтому их вырезание из обычных мест в геноме и объединение их в собственную хромосому также помогло сделать весь геном более стабильным.
Другие группы довели жизнеспособность дрожжей до предела, внося серьезные структурные изменения, такие как слияние хромосом, переворачивание их «рук» или намеренное неправильное складывание хромосом. Они обнаружили, что дрожжевые клетки могут переносить удивительные изменения и при этом процветать.
Затем ученые проекта Sc2.0 решили собрать как можно больше этих синтетических хромосом в одну живую дрожжевую клетку. Они использовали метод постепенного скрещивания штаммов с одной синтетической хромосомой каждый, а затем отбирали потомство, которое приобрело мутации обоих родителей.
Повторяя этот процесс из поколения в поколение, они получили штамм дрожжей, содержащий 6,5 синтетических хромосом.
Наконец, они использовали новую технику, разработанную в рамках проекта, по замене в этом штамме другой хромосомы, в результате чего были получены дрожжи с геномом, состоящим из 7,5 синтетических хромосом, то есть это первые дрожжи, у которых более 50% синтетической ДНК.
Хотя для достижения «половины» потребовалось 15 лет, ученые прогнозируют, что пройдет еще всего один год, прежде чем у них появится штамм дрожжей, который будет на 100% синтетическим.
Последние две хромосомы уже синтезированы, и ожидается, что они станут предметом собственных статей в ближайшие несколько месяцев. После этого следует утомительная работа по их редактированию и отладке изменений, чтобы убедиться, что дрожжи по-прежнему жизнеспособны.
Проект не просто «играет в Бога» — полностью синтетический штамм дрожжей может помочь миру гораздо больше, чем вы думаете. Дрожжи уже используются для производства не только продуктов питания, но и антибиотиков, лекарств, биотоплива и ряда других полезных веществ. Их можно было бы спроектировать так, чтобы сделать производство более эффективным, или расширить их арсенал для решения других серьезных проблем.