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.
"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.