Крейг Вентер и искусственная жизнь

В редакцию пишут: «Прокомментируйте пожалуйста в своём блоге эксперимент в Craig Venter Institute, Maryland; по созданию исскуственного генома и выращивании «two small species of Mycoplasma». Я не думаю что вы сможете пройти мимо такого события в генетике. А читать ваши комментарии всегда интересно — вы популярно объясняете.»

Я действительно не могу пройти мимо такого события в генетике и попробую изложить если не интересно, то хотя бы понятно.

Сначала пару слов о Крейге Вентера.
Я простоянно о нем жуЖЖу, уж простите. Это такой харизматичный дядька, которого половина научного мира сильно недолюбливает за излишнюю активность и называет бессовестным конъюнктурщиком , а другая сильно уважает, хоть он и нервный. То он нагло влезет в программу секвенирования человеческого генома с новой идеей супербыстрого «shotgun«- секвенирования и портит всю малину медленного и вдумчивого освоения грантов. Потом со скандалом уходит из фирмы Celera Genomics и едет кататься на яхте Sorcerer II по маршруту Дарвина, при этом по ходу вылавливая из океанов вирусы сетями. Покатался и открыл новые 1000 микроорганизмов и вирусов, которые плавают в водах океана.

Пока катался, дочитали его личный геном. Геном выложили в сеть в виде интерактивного постера для особо любопытных. Вызов? Вызов. После этого Вентер организовывает свой Craig Venter Institute и ставит перед собой новый челендж — синтетическая геномика.

Зачем все это? Во-первых, это даст ответ на вопрос, действительно ли мы правильно понимаем основу жизни, как работу реплицирующегося генома в «мешке с ферментами», то есть клетке? Во-вторых, если это так, это даст возможность создавать организм с точно заданными свойствами. Не зря в институте Вентера тема синтетической геномики привязана к биоэнергетике. Цель — создать искусственный организм, способный насинтезировать что-то энергетически полезное. Топливо, например.

Краткая предистория.
Прежде чем создавать что-то новое, надо разобраться, как работает уже готовое. В 1977 году был просеквенирован впервые геном бактериофага φX174, а уже в 1995 году полностью прочитан первый бактериальный геном Haemophilus influenzae. Одновременно накапливался материал о роли многих генов в этом геноме. В то же время прочитан геном бактерии Mycoplasma genitalium . Оказалось, что эта бактерия содержит самый маленький геном из всех известных микроорганизмов, который кодирует всего 485 белков. Вентер взялся к созданию так называемого минимального генома. Из генома Mycoplasma genitalium по очереди выключались гены и оказалось, что если из 485 вырезать сотню, то бактерия все еще способна жить и размножаться. Итого, минимальный геном организма, который может размножаться, теоретически может содержать всего 382 гена. Этого достаточно.

Вторая задача, которая стояла перед криэйторами, проверить возможность пересадки геномов из одного вида бактерии в другой. На этот раз пришлось переключиться с Mycoplasma genitalium на Mycoplasma mycoides. Mycoplasma genitalium характеризуется слишком медленным ростом у условиях in vitro. Итак, в 2007 году удалось провести успешную трансплантацию генома из Mycoplasma mycoides в Mycoplasma capricolum. Я не буду вдаваться в детали, скажу только, что пришлось повозиться, но получилось.

Итого, по факту у нас представления о минимальном геноме, а также разработан метод трансплантации геномов. Кроме того, искусственный синтез генов вполне себе лабораторная рутина, как и сборка их в кучу. Создания искусственного организма был только вопросом времени.

Итак, новую жизнь в студию!

Сначала искусственно насинтезировали нужные гены минимального генома и встроили их в кассеты длинной в 1000 нуклеотидов для размножения в E.coli. Затем собрали их в куски побольше по 10 тыщ нуклеотидов, затем в куски по 100 тыщ, и, наконец, собрали его окончительно в дрожжах и перенесли в бактерию Mycoplasma mycoides оклематься. Конечный размер генома, который назвали JCVI-syn1.0 (JCVI от John Craig Venter Institute) составил около 1 млн отдельных нуклеотидов, который затем трансплантировали в клетку Mycoplasma capricolum из которой предварительно удалили родной геном, как делали раньше. Главная технологическая трудность работы — это постоянная перепроверка и перепрочитка синтетических молекул ДНК. Дело в том, что в процессе сборки отдельные нуклеотиды могут мутировать и тогда ничего не получится.

Что получилось. Клетка Mycoplasma capricolumу нас уже была, внимание, ее никто не создавал искусственно, взяли готовую, созданную всевышним. Из нее толко вытряхнули собственное геномное содержимое и внедрили JCVI-syn1.0, после чего клетка успешно считала геном, насинтезировала того, чего надо и начала размножаться. Затем этот геном из нее опять выделили и перечитали. Оказалось, что за время синтеза и трансплантации смутировало 8 новых нуклеотидов, впрыгнул мобильный элемент генома — транспозон из E.coli и произошло 85 удвоений генов, при этом вырубились 2 гена, которые очевидно не явились критическими.

Перспективы.
Предоставлю слово самому Вентеру. If the methods described here can be generalized, design, synthesis, assembly, and transplantation of synthetic chromosomes will no longer be a barrier to the progress of synthetic biology. We expect that the cost of DNA synthesis will follow what has happened with DNA sequencing and continue to exponentially decrease. Lower synthesis costs combined with automation will enable broad applications for synthetic genomics. We have been driving the ethical discussion concerning synthetic life from the earliest stages of this work. As synthetic genomic applications expand, we anticipate that this work will continue to raise philosophical issues that have broad societal and ethical implications. We encourage the continued discourse.

(вольный перевод): Если обобщить описанные здесь методы, то дизайн, синтез, собрание и трансплантация синтетической хромосомы больше не будут препятствием для прогресса синтетической биологии. Мы ожидаем, что с расходами на синтез ДНК произойдет то, что произошло со стоимостью секвенирования ДНК, которое по-прежнему экспоненциально уменьшается. Низкие расходы на синтез в сочетании с автоматизацией позволит найти широкое применение для синтетической геномики. Мы вели этические дискуссии о синтетической жизни с самых ранних этапов этой работы. Мы также ожидаем, что с расширением возможностей применения синтетического генома, будут подниматься философские вопросы, которые имеют широкие социальные и этические последствия. Мы воодушевленно потираем ручки в продолжение дискурса (демонически ржет).

Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s

%d такие блоггеры, как: