Генетический код, полностью сгенерированный компьютером, может стать основой новых форм синтетической жизни

Группа ученых из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (Swiss Federal Institute of Technology, ETH Zurich) создала первый в своем роде генетический код живого организма, полностью сгенерированный при помощи компьютера и специальной программы. Этот совершенно новый геном, получивший название Caulobacter ethensis-2.0, был построен путем очистки, упрощения и переработки естественного генетического кода бактерий вида Caulobacter crescentus. Пока этот геном существует лишь в виде длинной цепочки синтетической ДНК, не внедренной внутрь живого организма, он, по сути, является лишь первым шагом на пути к созданию полностью синтетических форм жизни.

© ETH Zurich / Jonathan Venetz

Более десятилетия назад группа ученых-генетиков, возглавляемая Крэйгом Вентером (Craig Venter), создала первую «синтетическую бактерию», которая имела цифровую копию генома бактерий Mycoplasma mycoides. Этот искусственный геном был внедрен в живые клетки бактерий, которые оказались не только жизнеспособными, но даже сохранили функцию деления и размножения. Новые исследования базировались на исследованиях десятилетней давности, но если более ранние исследования можно назвать использованием «римейка» оригинальной ДНК, то в новых исследованиях используется «ремикс» ДНК, который должен работать более эффективно, чем оригинальный генетический код.

Исследователи начали работу с получения и изучения генома бактерий C. crescentus, в котором содержится порядка 4 тысяч генов. Было установлено, что большинство генов представляют собой «мусор», лишь 680 из 4 тысяч необходимо для обеспечения жизнедеятельности микроорганизма. Взяв исходный генетический код, представленный в цифровой форме, ученые основательно почистили его, вырезав «мусорные» участки. Более того, уже известно, что одна и та же генетическая информация может кодироваться различными последовательностями аминокислот, и ученые разработали компьютерную программу, которая вычислила идеальную последовательность цепочки молекулы ДНК. В результате этого программа переписала более шестой части из 800 тысяч элементов последовательности уже почищенной от мусора «минимальной» ДНК.

«Наш алгоритм полностью переписал генетический код, который после этого перестал даже напоминать оригинальную последовательность» — пишут исследователи, — «Однако, биологические функции этого генома на уровне белков остались прежними».

Для проверки результатов своей работы исследователи взяли бактерии Caulobacter и начали заменять в их естественной ДНК целые сегменты, взятые их искусственного генетического кода. Показатель успеха этого оказался достаточно высок, 580 из 680 искусственных генов оказались полностью работоспособными.

«Наша нынешняя работа уже показала, что можно улучшить в разработанных нами алгоритмах» — пишут исследователи, — «После модернизации мы будем в состоянии получить полностью рабочий геном версии 3.0, на основе которого можно будет попытаться создать функциональные бактериальные клетки, которые станут первыми представителями полностью синтетического вида жизни».

Статья опубликована в журнале PNAS  
Источник: dailytechinfo.org