211service.com
Syntetisk genom genstarter celle
Som kulminationen på et projekt, der strækker sig over 15 år, har forskere ved J. Craig Venter Institute har konstrueret den første celle kontrolleret af et syntetisk genom.
Starter fra bunden: Forskere genstartede bakterieceller ved at transplantere en syntetisk version af Mycoplasma mycoides-genomet fremstillet i laboratoriet. Det syntetiske genom indeholder et markørgen, der laver en blå forbindelse, så de syntetiske celler danner blå kolonier (øverst). Det naturligt forekommende M. mycoides-genom mangler det gen, så vildtypecellerne danner hvide kolonier (nederst).
Det er første gang, at informationen om en genomsekvens er blevet vendt tilbage til liv, siger Chris Voigt , en syntetisk biolog ved University of California, San Francisco, som ikke var involveret i projektet. Det er virkelig bemærkelsesværdigt.
Ved hjælp af en metode udviklet i 2008 syntetiserede forskerne, ledet af genomik-pioneren Craig Venter, genomet fra en lillebitte bakterie kaldet Mycoplasma mycoides , indeholdende lidt over en million DNA-basepar. Derefter transplanterede de det syntetiske genom til en beslægtet bakterie, Mycoplasma capricolum , i en proces, de tidligere havde perfektioneret ved hjælp af ikke-syntetiske kromosomer.
Når først modtagercellerne inkorporerede det syntetiske genom, begyndte de straks at udføre instruktionerne kodet i genomet. Cellerne fremstilles kun M. mycoides proteiner, og inden for få runder af selvreplikation var alle spor af modtagerarten væk. Resultaterne var offentliggjort torsdag i bladets onlineudgave Videnskab .
For at skelne deres syntetiske genom fra den naturligt forekommende version kodede forskerne en række vandmærker ind i sekvensen. De begyndte med at udvikle en kode til at skrive det engelske alfabet, samt tegnsætning og tal, til DNA-sproget – en afkodningsnøgle er inkluderet i selve sekvensen. Derefter skrev de i deres navne, et par citater og adressen på et websted, folk kan besøge, hvis det lykkedes dem at knække koden.
Med hensyn til at skabe syntetisk liv er dette projekt et bevis på princippet: Bortset fra vandmærkerne og en håndfuld gendeletioner for at reducere artens evne til at forårsage sygdom, genskaber det syntetiske genom i det væsentlige et naturligt forekommende. Venter håber, at den syntetiske genomteknologi i fremtiden kan bruges til at designe og udvikle helt nye organismer med vidtspændende praktiske anvendelser.
Venter og hans kolleger arbejder med Novartis og National Institutes of Health for at syntetisere kassetter – klynger af gener, der kunne indsættes i et syntetisk genom – for alle kendte influenzavirus i et forsøg på at strømline vaccinefremstillingsprocessen. De forestiller sig et system, hvor det, hvis en ny stamme som H1N1 dukkede op, ville være lige så ligetil at udvikle en vaccine som at blande gener, der koder for de relevante virale fragmenter, ind i et syntetisk genom. Dette kunne så give en celle, der kunne bruges til hurtigt at fremstille produktet.
Forskerne samarbejder også med ExxonMobil at omdanne algeceller til levende brændstoffabrikker, der effektivt ville omdanne kuldioxid til kulbrinter, der kunne forarbejdes i raffinaderier. Der er ingen eksisterende celler, som vi har været i stand til at finde, som gør den proces effektivt nok til at gøre det økonomisk rentabelt, siger Venter.
Andre potentielle anvendelser omfatter design af syntetiske mikrober, der kan rense vand eller fremstille kemikalier eller fødevareingredienser. Jeg forudser inden for et årti, at enhver celle, der bruges i industrielle processer, vil blive fremstillet syntetisk, siger Venter.
Til dette formål planlægger forskerne på sigt at udvikle en slags universel modtagercelle, der kunne starte ethvert donorgenom. Transplantationsprocessen har vist sig at være det mest teknisk udfordrende aspekt ved at bygge en syntetisk celle, siger Venter, og det ville være ideelt at undgå en ny runde af fejlfinding for hvert nyt system, der udvikles.
For nu, siger Voigt, er den største hindring for at realisere potentialet ved syntetisk genomik kløften mellem vores evne til at syntetisere DNA og vores evne til at designe det. Det bliver den næste generation af forskning, siger han. Teknologien omkring bygning af DNA er moden nu, og det bliver værktøjskassen til at designe det, der kommer næste gang.
Ud over praktiske anvendelser håber Venter også, at syntetiske celler vil hjælpe med at belyse livets grundlæggende virkemåde, måske at tillade forskere at dechifrere præcis, hvad hver komponent i en bakteriecelle gør. Selvom genomerne fra utallige organismer nu er blevet sekventeret, siger Venter, forstår vi stadig ikke helt, hvordan selv de enkleste livsformer fungerer. Vi vil forsøge at gøre en af disse celler til det bedst forståede cellesystem i biologi, siger han.
Venter peger også på, hvad cellerne – drevet af genomer lavet i et laboratorium fra fire flasker kemikalier, baseret på instruktioner gemt på en computer – afslører om, hvad liv er. Det her er lige så meget et filosofisk som et teknologisk fremskridt, siger han. Forestillingen om, at dette er muligt, betyder, at bakterieceller er software-drevne biologiske maskiner. Hvis du ændrer softwaren, bygger du en ny maskine. Jeg er stadig overrasket over det.
Udviklingen fremhæver, at vi bevæger os ud af den æra, hvor celler og DNA fysisk skal overføres fra et sted til et andet, siger Voigt, til et, hvor biologi er en informationsvidenskab. Det ville nu være muligt at sekventere en organismes genom i San Francisco, e-maile sekvensen på tværs af landet og bringe denne organisme i stand i et laboratorium i Maryland. Bare informationen alene er i stand til at rekonstruere den organisme og konvertere den tilbage til liv, siger Voigt.