211service.com
Transplantation af et genom
Glem nyrer og hjerter: genomikpioneren J. Craig Venter har stået i spidsen for en meget mindre transplantationsprocedure. Forskere ved J. Craig Venter Institute , i Maryland, har overført et helt genom fra en bakterie til en anden. De siger resultaterne, som er beskrevet i dag i tidsskriftet Videnskab , markerer et betydeligt fremskridt mod målet om at skabe syntetiske genomer. Venter og hans kolleger sigter i sidste ende på at bygge genomer fra bunden og transplantere dem til bakterieceller for at skabe specialfremstillede, brændstofproducerende mikroorganismer.
Pioneer fejl: J. Craig Venter annoncerede i denne uge, at hans institut har transplanteret et bakteriegenom, der transformerer en art til en anden. Det nederste billede viser de transformeredes kolonier Mycoplasma mycoides bakterie.
Dette papir er et vartegn inden for biologisk teknik, sagde Barbara Jasny , Videnskab 's viceredaktør, på et pressemøde onsdag. Det tager os fra evnen til at flytte et gen eller et sæt gener til evnen til at flytte et intakt genom.
Forskere startede med to arter af mycoplasma, en type bakterier, der mangler cellevægge og har meget små genomer. De isolerede derefter DNA'et fra en art, som havde fået et ekstra gen for at gøre det resistent over for et antibiotikum, og transplanterede det gennem cellemembranen af den anden art. Efterhånden som værtsbakterierne voksede og delte sig i nærvær af dette antibiotikum, forsvandt celler, der bar de originale kromosomer, og efterlod kun celler, der indeholdt det transplanterede kromosom. Det vigtigste er, at værtsbakterien overtog donorens molekylære egenskaber. Hele proteinrepertoiret ændrer sig, sagde Venter på pressemødet.
For Venters team er genomtransplantationen et skridt i retning af at udvikle mikrobielle maskiner til effektivt at producere brændstof. Forskerne forsøger i øjeblikket at sy en syntetisk version af genomet af Mycoplasma genitalium , en bakterie fundet i menneskets kønsorganer, som Venters gruppe har studeret i mere end et årti. Ved at omarrangere eller slette specifikke bidder af det syntetiske genom og indsætte det i en bakteriel vært, burde forskerne være i stand til at finde ud af, hvilke gener der er afgørende for, at organismen kan fungere - i det væsentlige det minimale genom. Dette minimale genom kunne derefter modificeres til at bære brændstofproducerende gener, og hele strengen af DNA kunne transplanteres ind i en bakteriebærer.
Udover forskningen på sit institut har Venter også grundlagt en Maryland-baseret startup kaldet Syntetisk genomik . (Se Building a Bug to Harvest Oil.) Virksomheden, der arbejder med BP, håber at kommercialisere bakterier til energianvendelser.
Men nogle videnskabsmænd stiller spørgsmålstegn ved, om et minimalt genom er nødvendigt for at konstruere nyttige bakterier. Det er ikke klart, hvorfor en minimal celle eller en celle konstrueret ved helgenomtransplantation ville være mere omkostningseffektiv end blot at indsætte eller ændre nogle få gener i et mere robust genom, siger George Kirke , en genetiker ved Harvard Medical School i Boston. Han påpeger, at syntetisering af selv det mindste genom ville koste anslået 10 millioner dollars med nutidens teknologi. Faktisk roder andre virksomheder med eksisterende mikrober for at konstruere biologiske brændstoffabrikker. (Se Et bedre biobrændstof .)
Venter sagde imidlertid, at hans tilgang ville eliminere iboende biologiske træk, der gør omfattende biologisk ingeniørarbejde vanskelig. For eksempel kunne en ikke-essentiel metabolisk proces suge en molekylær forløber væk, der er nødvendig til brændstofproduktion. Derudover, sagde Venter, har eksisterende organismer en hurtig evne til at udvikle sig. I syntetisk biologi ønsker du ikke et system, der selv udvikler sig til noget andet. Vi ønsker at fjerne disse elementer fra cellen fra begyndelsen.
Den genomiske overførselsteknik ligner nuklear overførsel - brugt til at klone fåret Dolly - hvor kernen i en voksen celle overføres til et æg. Men det har været sværere at få processen til at fungere i bakterier. Forskere spekulerer i, at nukleare proteiner, der overføres sammen med DNA'et under nuklear overførsel, kan hjælpe processen. Bakterier har ikke en kerne, og i dette forsøg blev kun DNA overført til værtscellen. Forskere gjorde dette med vilje for at vise, at kun DNA var nødvendigt for succesfuldt at omprogrammere værtsbakterien - en egenskab, der vil være nødvendig, når forskere er klar til at transplantere helt syntetiske genomer.
Forskere forstår ikke fuldt ud, hvordan genom-overførslen fungerede, især hvordan værtsgenomet forsvandt. Og det er endnu ikke klart, hvor godt teknikken vil fungere i andre bakterier eller i mere komplekse organismer. De fleste bakterier har en forsvarsmekanisme, der hakker fremmed DNA, der kommer ind i cellen, så forskerne bliver nødt til at finde en måde at blokere de DNA-nedbrydende enzymer i hver anden art, før de med succes kan transplantere fremmede genomer ind i dem.