211service.com
Syntetisere et genom fra bunden
I en teknisk tour de force, videnskabsmænd ved J. Craig Venter Institute , i Rockville, MD, har syntetiseret bakteriens genom Mycoplasma genitalium helt fra bunden. Bedriften er et springbræt i at skabe præcist konstruerede mikrobielle maskiner, der er i stand til at generere biobrændstoffer og udføre andre nyttige funktioner.
Syntetiske genomer: Her er vist et cirkulært stykke DNA syntetiseret fra bunden - det første bakterielle genom, der blev skabt på denne måde.
Det er virkelig banebrydende, at man syntetisk kan bygge et genom til en bakterie, siger Chris Voigt , en syntetisk biolog ved University of California, San Francisco, som ikke var involveret i projektet. Det er større i størrelsesordener, end hvad der er blevet gjort før.
Biologer, der skaber gensplejsede organismer, bestiller nu rutinemæssigt stykker af DNA, der er 10.000 til 20.000 basepar lange - store nok til at inkorporere generne for en enkelt metabolisk vej. Det giver forskere mulighed for at konstruere mikrober, der kan udføre specifikke opgaver, men evnen til at syntetisere hele genomer kan give et helt nyt niveau af kontrol over biologisk design. (Se Tumor-Killing Bacteria.)
I den nye undersøgelse bestilte videnskabsmænd 101 DNA-fragmenter, der omfattede det hele Mycoplasma genom, fra kommercielle DNA-syntesevirksomheder. Disse fragmenter blev designet således, at hver overlappede sin nabosekvens med en lille mængde; disse overlappende strækninger klæber sammen, takket være DNA's kemiske egenskaber. Forskere bandt derefter fragmenterne stykke for stykke og genererede til sidst hele 582.970 basepar Mycoplasma rækkefølge. Resultaterne blev offentliggjort torsdag i online udgave af Videnskab .
Vi betragter dette som et andet og væsentligt skridt i en tre-trins proces i vores forsøg på at skabe den første syntetiske organisme, siger Craig Venter, formand for Venter Instituttet. Venter og hans kolleger ønsker i sidste ende at skabe et minimalt genom - et med det mindste antal gener, der er nødvendige for at opretholde liv. At udpege det minimale genom vil både kaste lys over centrale cellulære processer og give en base for design af sofistikerede syntetiske organismer. Vi ønsker i sidste ende at designe celler, der kan fungere på en robust måde til at lave unikke biobrændstoffer, siger Venter.
Forskernes næste skridt bliver at vise, at det syntetiske genom fungerer, som det skal. Vi har hele genomet samlet i et rør, men vi er nødt til at transplantere det ind i cellen af en anden art for at vise, at det kan genstarte cellen, siger Hamilton Smith, en nobelprismodtager, der overvågede projektet på Venter Institute. Sidste år transplanterede Smiths gruppe genomet fra en art af Mycoplasma ind i en anden, hvilket viser, at denne type transplantation er mulig. (Se Transplantation af et genom.)
Selvom syntesen af et genom kan være imponerende fra et videnskabeligt perspektiv, er det endnu ikke en praktisk måde at konstruere mikrober til at lave biobrændstoffer. I stedet har flere virksomheder, bl.a Syntetisk genomik , et biotekselskab grundlagt af Venter for at konstruere mikrober til energi, bruger mere traditionelle metaboliske teknikker til at generere brændstofproducerende bakterier. (Se Building Better Biofuels.) Det, vi laver med syntetiske kromosomer, vil være designprocessen for fremtiden, siger Venter.
Andre i feltet er begejstrede for den udsigt. At kunne syntetisere genomer åbner en ny verden, siger Voigt. Du kan bygge ting på skalaen af genomet. For eksempel siger han, at forskere nu konstruerer bakterier til at udføre forskellige trin i omdannelsen af biomasse til ethanol - en stamme til at nedbryde biomassen, en anden til at lave ethanol. Men ideelt set kunne videnskabsmænd sætte disse processer sammen for at skabe én organisme, der kunne spise biomasse og spytte brændstof ud. (Se Pris af Biobrændstoffer .) Det ville kræve design i genomskala, siger Voigt.
Han sammenligner det nuværende projekt, som krævede flere trin for at lime fragmenterne sammen, med de sidste computere, der blev designet før automatiseret fremstilling og mikrofremstillingsteknikker blev introduceret. Lignende fremskridt er nødvendige for mere ambitiøse genomsynteseprojekter. Vi mangler stadig at udvikle 'one step' genomkonstruktionsmetoder for at reducere omkostningerne og omløbstiden for genomkonstruktionen, siger Drew Endy, en syntetisk biolog ved MIT.