Zrób sobie genom

Rzadko zdarza się, że wiadomości ze świata nauki pojawiają się w serwisach informacyjnych popularnych rozgłośni. Dziś, zanim dotarłem do laboratorium widziałem już czego będę szukał w Internecie. W najnowszym wydaniu ScienceExpess opublikowano artykuł, który przebił się do newsroomów. Pomogła mu w tym sława jednego z autorów, Craiga Ventera. Sławę i uwagę mediów przyniosło mu zsekwencjonowanie ludzkiego genomu. Stosując nowatorskie podejście wyprzedził o kilka lat międzynarodowe konsorcjum Human Genome Project. Porzuciwszy założoną przez siebie Celera Genomics założył nowy instytut, J. Craig Venter Institute.

Celem instytutu jest stworzenie sztucznego organizmu. Do tego ambitnego celu ściągnął wybitnych naukowców. W 2006 roku zespół pod kierunkiem H. Smitha opublikował wyniki badań nad minimalnym genomem. Zidentyfikowano, które z 482 genów Mycoplasma gentialium(1) są niezbędne dla życia tego mikroorganizmu. Niedługo później, w 2007 doniesiono o udanym przeniesieniu genomu Mycoplasma mycoides do komórki Mycoplasma capricolum(2). Udało się zmienić jeden gatunek mikroorganizmu w inny.

Wczoraj, zespół z JCV Institute opublikował kolejne doniesienie o sukcesie na drodze do syntetycznego organizmu. Udało się złożyć cały syntetyczny genom organizmu (3).W kilku firmach zamówiono zsyntetyzowanie fragmentów DNA kodujących geny mikroorganizmu Mycoplasma genitalium. Genom tego organizmu składa się z 582.970 par zasad czyli „liter”, którymi zapisany jest genom. Zsyntetyzowano 101 fragmentów, każdy o długości 5-7 tysięcy par zasad (kbp). Końce każdego fragmentu nakładały się na siebie, tak, że koniec pierwszego nakładał się na początek drugiego itd., aż do identycznych sekwencji na końcu fragmentu 101 i pierwszego. W ten sposób stworzono „klocki”, z których później złożono kolisty genom mikroorganizmu. Dodatkowo wprowadzono 5 „znaków wodnych”, czyli sekwencji pozwalających odróżnić syntetyczny genom od naturalnego.

In vitro i przy pomocy bakterii E. coli poskładano fragmenty w ćwiartki genomu o przybliżonej długości 144 kbp. Bakterie służyły jako mikrofabryki, które wyprodukowały wiele kopii ćwiartek genomu mikoplazmy. Większych fragmentów nie dało się uzyskać przy pomocy bakterii. Cztery ćwiartki udało się połączyć w całość w komórkach drożdży. Wykorzystano ich zdolność do rekombinacji (łączenia przez wymianę). Dodane obce DNA stanowiło około 5% całości DNA w komórce drożdży. Po izolacji z komórek tak powstałego sztucznego chromosomu, sztuczny genom mikoplazmy został pocięty i zsekwencjonowany. Jego sekwencja dokładnie odpowiadała temu, co zaprojektowano na początku eksperymentu.

Ta praca udowodniła możliwość stworzenia długich sekwencji DNA składających się zarówno z naturalnych jak i syntetycznych sekwencji. Opracowano strategię i praktyczną metodę tworzenia chromosomów lub genomów. Jest to krok w kierunku stworzenia nowego organizmu. Autorzy publikacji planują przeprowadzenie transplantacji złożonego przez nich genomu do innej komórki mikoplazmy. Jest jednak łyżeczka dziegciu w tej beczce miodu. W czasie przygotowania do publikacji wyszło na jaw, że wektor, którego użyto uszkodził jeden z genów. Taki genom nie nadaje się do transplantacji. Zespół Ventera i Smitha czeka jeszcze trochę żmudnej pracy.

1. Glass et al., Proc Natl Acad Sci U S A. 2006;103

2. Lartique et al., Science. 2007;317

3. Gibson et al., ScienceExperess 2008.

13523