Międzynarodowa grupa naukowców coraz bliżej przełomu w tworzeniu organizmów z syntetycznym genomem. Do tej pory naukowcy tworzyli syntetyczne genomy bakterii i wirusów, celem najnowszych badań jest syntetyczny genom organizmu eukariotycznego, czyli składającego się z komórek zawierających jądro. I oto konsorcjum Synthetic Yeast Genome Project opublikowało na łamach czasopism "Cell", "Molecular Cell" i "Cell Genomics" serię artykułów opisujących prace, które doprowadziły do stworzenia drożdzy, których materiał genetyczny jest w połowie syntetyczny. Takie komórki rozwijają się przy tym i rozmnażają tak, jak zwykłe drożdże.

Konsorcjum naukowców z USA, Wielkiej Brytanii, Chin, Singapuru, Francji i Australii uczestniczy w 15-letnim projekcie, którego celem jest stworzenie syntetycznych wersji wszystkich 16 chromosomów drożdży. Ostateczny cel, stworzenie komórki drożdży o w pełni syntetycznym genomie ma nastąpić w przyszłym roku. Będzie to pierwszy przypadek syntetycznej budowy organizmu eukariotycznego, jak zwierzęta, rośliny, czy grzyby. Drożdże wybrano do tych badań, bo są wyjątkowo dobrze poznanym organizmem o względnie zwartym genomie i zdolnościach, które umożliwiają tworzenie syntetycznych chromosomów we wnetrzu ich komórek. 

Przykładowo, pracująca w Wielkiej Brytanii grupa pod kierunkiem badaczy z University of Nottingham i Imperial College London informuje w "Cell Genomics" o stworzeniu syntetycznej wersji chromosomu XI. Praca trwała 10 lat, a sekwencja syntetycznego DNA składa się z około 660 tysięcy "liter", czyli tzw. par bazowych. Takim syntetycznym chromosomem zastępowano jego naturalny odpowiednik w komórce drożdży i obserwowano, jak ta komórka się zachowuje. Wyeliminowanie wszystkich błędów i doprowadzenie do sytuacji, w której obdarzona takim syntetycznym chromosomem komórka będzie się rozwijać i rozmnażać tak, jak normalna, było czasochłonnym procesem i wymagało mozolnej pracy. Dopiero po stworzeniu i dopracowaniu przez różne grupy wszystkich chromosomów, można było badania kontynuować. 

Powstanie komórek zawierających po 15 naturalnych chromosomów i jednym syntetycznym było początkiem, po którym nastąpił proces gromadzenia kolejnych syntetycznych chromosomów w pojedynczej komórce. By to osiągnąć zespół badawczy pod kierunkiem lidera projektu Sc2.0 Jefa Boeke z New York University Langone Health zaczął je krzyżować i sprawdzać, które z potomnych komórek zawierały już oba syntetyczne chromosomy. Mozolne powtarzanie tej procedury i wykorzystanie opracowanej w trakcie tej pracy metody podstawiania chromosomów doprowadziło do powstania komórek, u których już ponad połowa genomu była syntetyczna. Tu pojawiły się kolejne problemy, na jaw wyszły błedy, których nie obserwowano przy tylko jednym syntetycznym chromosomie. W końcu i to ograniczenie udało się pokonać, między innymi z pomocą metody opartej na nowoczesnej technice edycji genów CRISPR/Cas9.

Syntetyczny genom SC2.0 nie miał być dosłowną kopią genomu naturalnego. Zaprojektowano go tak, by dał komórkom drożdży nowe, niespotykane w naturze możliwości. Naukowcy mogą na przykład wymusić w nich mieszanie genomu, które daje miliony nowych wersji komórek o różnych właściwościach. Niektóre z nich mogą posłużyć do zupełnie nowych zastosowań w medycynie, czy biotechnologii. Autorzy pracy piszą, że można to rozumieć jako formę przyspieszonej ewolucji. Jeden z liderów konsorcjum, prof. Ben Blount z University of Nottingham przekonuje, że stworzenie syntetycznych chromosomów jest samo w sobie gigantycznym osiagnięciem, ale otwiera ono całą paletę nowych możliwości badania i wykorzystywania biologii, od tworzenia nowych szczepów bakterii do zastosowań w ekologicznej produkcji po badanie i leczenie chorób. 

"Przez opracowanie technologii syntetyzowania chromosomów drożdży od telomeru do telomeru i pokazanie, że mogą on z powodzeniem zastąpić naturalne chromosomy tworzymy podstawy dla projektowania i tworzenia chromosomów, a nawet całych genomów roślin i zwierząt" - dodaje prof. Tom Ellis z Centre for Synthetic Biology and Department of Bioengineering Imperial College London.

Dalsza część artykułu pod materiałem video:

"Udało nam się skonsolidować praktycznie połowę genomu drożdży, dobrze to działa, co sugeruje, że to nie jest wielki problem. Korygowanie usterek pozwoliło nam przy tym zrozumieć kolejne z rządzących życiem zasad" - podkreśla Boeke. Kolejnym krokiem będzie konsolidacja całego syntetycznego genomu. "W tej chwili jesteśmy już blisko mety i umieszczenia w jednej komórce drożdży wszystkich 16 syntetycznych chromosomów. Uważam, że to raczej koniec początku, niż poczatek końca, bo już wkrótce powinniśmy być w stanie tworzyć drożdże zdolne do czegoś, czego wcześniej nie widzieliśmy" - dodaje. 

Zobacz również: