Охота за минимальным геномом
Он должен быть свободен от всякого генетического балласта, желаемой бактерии синтетической биологии. Тогда это станет идеальной платформой для создания индивидуальных микроорганизмов.
Конечно, снова приходит на ум образ богоподобного творца. Ученые из американского Института Дж. Крейга Вентера (JCVI) создали искусственную жизнь, на этот раз на основе чрезвычайно маленького генома: ДНК простейшего Mycoplasma mycoides JCVI-syn3.0 содержит всего 473 гена, меньше, чем когда-либо прежде.
Матрица для эксперимента была предоставлена бактерией M. mycoides JCVI-syn1.0, созданной в 2010 году исследователями того же института. В то время JCVI попал в заголовки газет: JCVI-syn1.0 был первым организмом, полностью созданным в лаборатории. Исследователи под руководством Крейга Вентера успешно воссоздали геном бактерии Mycoplasma mycoides и перенесли его в клетку другого вида Mycoplasma.
Цель нового исследования состояла в том, чтобы похудеть: «Цель состоит в том, чтобы спроектировать такую простую клетку, чтобы молекулярная и биологическая функция каждого из ее генов была известна», - говорится в конце марта 2016 года в журнале. «Наука» опубликовала исследование. Возьмите геном и вырезайте гены до тех пор, пока не останутся только участки, которые действительно необходимы для выживания: вот как можно резюмировать принцип нисходящего подхода исследователей. Один охотится за ядерным метаболизмом.
Это «доказательство концепции», доказательство осуществимости, которое генные инженеры представляют при создании новой бактерии. Геном JCVI-syn3.0 с его 473 генами действительно очень удобен для лабораторного организма. Для сравнения: бактерия E. coli, которую часто используют в лаборатории, имеет около 4 500 генов, а у человека - около 20 000.
Микробиологи надеются, что такой синтетический геном можно будет использовать для создания искусственных клеток в качестве «биореакторов». Их генетическое содержание будет известно, поэтому их можно будет специально модифицировать для конкретных целей. Например, путем включения генов, которые клетка использует для производства полезного агента.
"Для действительно эффективных организмов сложность кажется козырной картой" (Петра Швилле)
Поскольку они с трудом могут адаптироваться к изменениям в окружающей среде из-за своего небольшого генома, в контролируемых лабораторных условиях практически невозможно, чтобы мутации проникли незаметно. И наоборот, такие организмы не смогли бы выжить за пределами лаборатории, потому что они не могут реагировать на естественные условия - по крайней мере, на это надеются исследователи, потому что тогда было бы обеспечено, чтобы никакие модифицированные бактерии не ускользнули в дикую природу и не причинили бы там вреда в природе. будущее.
Но предстоит еще долгий путь, прежде чем эти подходы и предположения станут реальностью. Петра Швилле, директор Института биохимии Макса Планка в Мартинсриде, довольно осторожно относится к созданию нового микроорганизма: Технически он очень впечатляет, «но он сталкивается с теми же проблемами, что и многие эволюционные подходы в последней четверти 20-го века. век: Искусственная оптимизация жизни, особенно путем ее минимизации, похоже, работает не так хорошо».
Потому что нынешнее исследование не соответствует ожиданиям, которые исходно возлагали на эксперимент исследователи Вентера. «Принцип минимального генома на первый взгляд кажется простым», - пишут сами в «Науке». «Однако при ближайшем рассмотрении она оказывается неожиданно сложной». В 2005 году микробиологи из JCVI подсчитали в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences», что для минимального генома требуется около 400 генов.
Мало того, что это значение значительно превышает 473 гена JCVI-syn3.0, оно также лишь немного меньше, чем 525 генов генома встречающегося в природе M. genitalium, который является наименьшим известным геномом микоплазмы. на сегодняшний день применяется. «Для действительно эффективных организмов сложность кажется козырной картой», - говорит Швилле.
Расчет с 79 неизвестными
"Нельзя принижать значение исследования, но оно не дошло до сути дела." Так оценивает новый организм профессор Института химии Берлинского технического университета Недилько Будиса. В течение многих лет в сообществе микробиологических исследований шла дискуссия о том, что представляет собой минимальный геном. Дело не только в размере: желательно также, чтобы не появлялись генные сегменты, предназначение которых неизвестно.
И в этом суть вопроса: из 473 генов, которые JCVI-syn3.0 функция 149 неизвестна. Для 79 из них исследователи понятия не имеют, на какую область клетки они воздействуют. Однако 19 из них, по-видимому, непосредственно необходимы для выживания клетки, а еще 36 необходимы для ускорения роста колонии клеток. Одним из следующих шагов будет расшифровка функций этих загадочных участков ДНК. До тех пор геном JCVI-syn3.0 представляет собой «всего лишь» очень маленький геном. На самом деле это не минимальный геном.
Тем не менее, Будиса описывает себя как «большую поклонницу экспериментов» из лабораторий Крейга Вентера. Американец придает исследовательской сфере лицо своим публичным выступлением и знает, как превратить даже небольшие результаты в истории. В результате даже такие результаты исследований, которые на самом деле стоят гораздо меньшего отчета, вызывают много шума. Крейг Вентер выступает за бренд, он Стив Джобс микробиологии. «Если бы это исследование опубликовал кто-то другой, вероятно, никто бы не отреагировал», - считает Будиса.
Общественный вещатель ARTE - это франко-германское сотрудничество, уделяющее особое внимание культуре и обществу.