Учени биолози успяха да създадат бактерия със синтетичен геном, като отстраниха от нея всички гени, без които микроорганизмът може да живее. Бактерията е способна да съществува само в идеални за нея лабораторни условия, затова и едва ли може да представлява опасност за хората, които се боят от подобни експерименти. Руският сайт „Лента“ анализира резултатите от революционния експеримент.
Клетките са фундаментална единица от живия организъм. Тяхното съществуване зависи от генома – съвкупността от целия наследствен материал, който съдържа гените и ДНК. В генома има закодирана информация, която определя химичния състав на клетките, обмена на веществата, клетъчната структура, размножаването и много други неща. Всеки геном е своеобразна инструкция, според която се осъществяват жизнените функции – както общите за всички живи организми на света, така и специфичните за конкретните видове.
Геномът активно взаимодейства с цитоплазмата на клетката. От една страна той определя функциите на отделните ѝ компоненти, а от друга страна някои от тези съставляващи сами регулират активността на гените, като ускоряват или забавят производството на жизнено важни белтъци. Геномът може да бъде разглеждан като част от програмното осигуряване на клетката. Секвенирането е метод, чрез който може да се определи химичния състав на ДНК, а освен това секвенирането позволява да бъдат разкодирани инструкциите, които са заложени в генома. Така става ясно какви функции изпълнява всеки конкретен участък от ДНК.
Учените дълги години изучаваха възможността геномът на бактериалната клетка да бъде опростен в лабораторни условия по такъв начин, че да останат само гените и регулаторната ДНК, които осигуряват основните функции – растежа и размножаването . Такива организми не биха могли да оцелеят в природата, тъй като им е необходимо умението да се адаптират към постоянно изменящата се околна среда, а гените, които отговарят за тази приспособимост биват отстранени при въпросния експеримент.
Типичните бактерии като Bacilicus subtilis и Escherichia coli са способни да се адаптират добре, тъй като носят в себе си гени, които се задействат само при определени условия. Размерът на кодиращия геном при тези бактерии се състои от 4-5 хиляди гена. Другите бактерии предпочитат стабилна среда, която да не се променя с хилядолетия, затова и еволюцията „изключва“ излишната ДНК завинаги.
През 1984 г. американският физик Харолд Моровиц предположи, че микоплазмите могат да бъдат удобен обект за изследване на базовите основи на живота. Микоплазмите са клас бактерии, които са всъщност най-простите от познатите на човечеството клетъчни организми. Секвенирането на генома Mycoplasma genitalium бе завършено през 1995 г., но определянето на функциите на конкретните му компоненти си остана сложна задача.
Микоплазмите обикновено се развиват в среда, богата на питателни вещества. Например, в животински и човешки клетки, които са удобни за паразитиране. Тази среда е относително стабилна, затова и те имат най-малкият известен геном измежду самостоятелно размножаващите се организми. През 1996 г.биоинформатиците Евгени Кунин и Аркади Мушегян сравниха геномите на две бактерии – хемофилната пръчица Haemophilus influenzae (съдържа 1815 гена) и M. Genitalium (525 гена). Учените успяха да определят 240 гена, които се срещат и при двете бактерии и обхващат голяма част от клетъчните функции.ИЗследователите добавиха към тях 16 допълнителни гена, които са необходими за осъществяването на жизнено важните метаболитни процеси и създадоха „най-малкия възможен подбор от гени“.
През 1999 г. екип от биолози под ръководството на Крейг Вентър уточни броя гени, необходим за най-малкия възможен геном, благодарение на метод, който се нарича глобална траснпозонна мутагенеза. Учените изключили гените на M. genitalium, като вградили в тях транспозони – „скачащи“ фрагменти ДНК, които са способни да се движат и размножават в рамките на генома. Ако бактерията оцелее без наличието на някой ген, то значи той може да се смята за несъществен за нейните жизнени функции. Оказва се, че най-малкият подбор от гени трябва да съдържа поне 375 гена. Най-малкото защото този метод има един недостатък – понякога даден ген има „дубльор“ и ако двата гена бъдат изключени поетапно, клетката, разбира се, оцелява, но ако бъдат едновременно унищожени – клетката задължително умира.
Приблизително по същото време учените започнаха да разработват методи за създаване на изкуствен геном, за да пресъздадат минималния набор от гени. M. genitalium не се размножава достатъчно бързо и учените я замениха с по-подходящата за лабораторни експерименти M. mycoides. Размерът на генома на тази бактерия има около 900 гена или с други думи, повече от милион сдвоени основи – „строителни тухлички“ ДНК. През 2010 г. биолозите получиха щам JCVI-syn1.0 – микоплазма с химично синтезиран геном. За целта учените вградили отделни фрагменти от ДНК на M. Mycoides в клетката на бактерията приемник, чийто собствен геном бил предварително разрушен. JCVI-syn1.0 е на практика точно копие на M. mycoides, ако не се брои наличието на „техническа“ ДНК (генетични маркери), която се използва като материал за изграждането на генома.
В новата си работа биолозите използвали данните, предварително получени чрез транспозонния метод, а също и сведения от други проучвания, в които били оценявани жизнените способности на бактериите при постепенно изтриване на различни зони от ДНК. Освен това, за да бъдат изключени от сметките „дубльорите“, изследователите определили функциите на гените, като ги сравнили с подобни гени, чиито функции вече знаели. По този начин всички гени на M. mycoides били квалифицирани като необходими или ненужни. На основата на всички тези изследвания учените успели да определят минималния геном, както и да разберат кои гени са запазили функциите си от времената на предходния в еволюцията вид бактерия.
Значението на тези опити и открития е в това, че учените са успели да създадат универсална платформа за изучаването на основни жизнени функции и изследването на структурата на генома. Освен това, самият метод за синтезиране на JCVI-syn3.0 позволява да бъдат създавани нови геномни конструкции и да се проектират модели на клетки, които имат гени с напълно ясни функции. Според учените това ще даде възможност да бъдат създадени метаболитни пътища за синтеза на лекарствени препарати и промишлени химикали.
Този уебсайт ползва “бисквитки”, за да Ви предостави повече функционалност. Ползвайки го, вие се съгласявате с използването на бисквитки.
