וִידֵאוֹ: פיסת ה- DNA הסינתטי הארוכה ביותר עד כה
2023 מְחַבֵּר: Peter Bradberry | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-21 22:33
מדענים יצרו גנום חיידקי שלם עם כימיקלים מהמדף.
מדענים הודיעו היום כי הם יצרו גנום חיידקי מאפס, והתקרבו צעד אחד יותר ליצירת צורות חיים סינתטיות לחלוטין - תאים חיים שתוכננו ונבנו על ידי בני אדם לביצוע מערך מגוון של משימות החל מייצור דלק ביולוגי וכלה בתפזורת פחמן דו חמצני.
חוקרים ממכון ג'יי קרייג וונטר (JCVI) ברוקוויל, מרץ, מדווחים במהדורה המקוונת של Science שהם חיברו את הגנים של איברי המין Mycoplasma, החיידק הקטן ביותר החי-חופשי שניתן לגדל במעבדה וחיידק נפוץ. האשם בדלקות בדרכי השתן.
"הגנום החיידקי M. genitalium 582, 970 הוא המבנה הגדול ביותר שהוגדר כימית המסונתז במעבדה", אמר המחבר הראשי דניאל גיבסון ל- ScientificAmerican.com באמצעות דואר אלקטרוני. (זוגות בסיס הם בסיסי נוקלאוטיד מקושרים משלימים, כגון אדנין-תימין.).
"זו הפעם הראשונה שגנום בגודל של חיידק מסונתז כימית שהוא ארוך בערך פי 20 מכל [מולקולת DNA] שסונתז בעבר", מוסיף כריסטופר ווייג, פרופסור ללימודי הנדסה ביולוגית באוניברסיטת קליפורניה, סן פרנסיסקו. לא היה מעורב במחקר.
צוות המחקר, בראשות חתן פרס נובל המילטון סמית ', הזמין קווצות קוד גנטיות קצרות מחברות סינתזת DNA מסחריות בארה"ב ובגרמניה ותפר אותן לגדילים ארוכים וארוכים יותר בטכניקות ביולוגיה מולקולריות סטנדרטיות. כדי להרכיב את החלקים הגדולים ביותר של ה- DNA, הם הכניסו אותם לתאי שמרים וניצלו תהליך טבעי שנקרא "רקומבינציה הומולוגית", שמשמש שמרים לתיקון DNA פגום. התוצר הסופי של הניסוי מקביל לקוד הגנטי הטבעי של M. genitalium, עם שני יוצאים מהכלל הקטנים: המדענים השביתו את הגן שנתן לבאג כוח להדביק תאים אנושיים, והם הוסיפו כמה "סימני מים", רצועות קצרות של חתימה קוד גנטי שמזהה את המוצר כיוצר מעשה ידי אדם.
"זה משלים את השלב השני של תהליך בן שלושה שלבים ביצירת אורגניזם סינתטי", אומר גיבסון. הצעד הראשון הגיע בקיץ האחרון כאשר מדענים של JCVI הפכו זן אחד של חיידקים לאחר באמצעות השתלת DNA, והעביר את זהותו של באג אחד על ידי הספגתו בקוד הגנטי של אחר. השלב השני, בניית גנום חיידקי סינתטי, הושלם כעת במחקר זה. השלב האחרון יכלול הכנסת הגנום הסינתטי לתא והבאתו לחיים; גיבסון אומר כי ניסויים עם מטרה זו מתקיימים כעת.
"אנו רוצים להדגיש שעדיין לא התחלנו את הכרומוזום הסינתטי", אמר מייסד JCVI קרייג וונטר בשיחת ועידה עם עיתונאים הבוקר. ישנם מספר צעדים שחייבים להתגבר עליהם, הסביר הביולוג, אך "אנו בטוחים כי ניתן להתגבר עליהם."
"הצעד האולטימטיבי הוא להוכיח את מה שהם מסונתזים שהוא פעיל מבחינה ביולוגית", אומר אקארד וימר, ביולוג מולקולרי מאוניברסיטת סטוני ברוק בלונג איילנד, ניו יורק, שהוביל את המאמץ לבנות פוליו סינתטי, הנגיף הראשון שנבנה באופן סינטטי. "למרבה הצער, הנקודה המאוד קריטית הזו חסרה כאן.".
אם החוקרים יצליחו ליצור את החיידקים הסינתטיים שלהם, הם יהיו קרובים יותר להרהר יצורים מלאכותיים שניתן להשתמש בהם בכדי להקל על כמה מהבעיות הגדולות בחברה, ביניהן שינויי אקלים ותלות יתר בדלקים מאובנים. הצוות של וונטר שייך לקבוצת מדענים העוסקים בביולוגיה סינתטית, דיסציפלינה מתפתחת שמטרתה לתכנן ולבנות יצורים חיים מחומרי הגלם של החיים (כימיקלים אורגניים) ומתכניות הטבע (קודים גנטיים). ביולוגים סינתטיים גם משרטטים שרטוטים בעצמם, ומעצבים רצפים גנטיים שהטבע מעולם לא הקל עליהם; הרעיון הוא ליצור פונקציות חדשות עבור יצורים חיים. חיידקים מעשה ידי אדם המייצרים תרופות, ממריצים דלק ביולוגי זול, מגבים מזהמים ונשפכים או פולשים ומשמידים תאים סרטניים עשויים להיות במרחק של רק עשור או שניים.
הקבוצה של וונטר מנסה ליצור גרסה עצמית חשופה סינתטית לחלוטין ל- M. genitalium עם גנום המופשט מכל הגנים החיוניים ביותר, למעט. המטרה היא להשתמש באורגניזם זה כמארז שלתוכו ניתן להוסיף גנים חדשים - אולי כאלה שיעניקו לחיידק את היכולת לסובב משי, לזהות רעלים או לייצר תרופות. האפשרויות נראות אינסופיות, אם כי לא כולן ורודות.
המבקרים ציינו כי אותו ידע וטכנולוגיות ביולוגיה סינתטית יכול לשמש מחבלים או מדינות נוכלות כדי להנדס חיידק שמטפל בנוירוטוקסין או אולי בנגיף שפעת קטלני בעל עמידות לחיסונים ותרופות אנטי-ויראליות. מובילי התחום מכירים בפוטנציאל השימוש לרעה, בשוגג ובכוונה, והחלו לטפל בנושא. באוקטובר פרסמו חברי JCVI, המרכז ללימודים אסטרטגיים ובינלאומיים והמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס דו"ח המציע אפשרויות מדיניות לפיקוח, וכמה ביולוגים סינתטיים מובילים פרסמו מאמרים בנושא בכתבי עת שנבדקו על ידי עמיתים.
אם מסתכלים על יישומים פוטנציאליים, לא כולם מסכימים על האסטרטגיה הטובה ביותר לייצור אורגניזמים מבטיחים אלה. החיידק המלוטש ביותר אינו בהכרח הטוב ביותר, מציין ג'ורג 'צ'רץ', גנטיקאי בבית הספר לרפואה של הרווארד בקיימברידג ', מסצ'וסטס, ומנהל מרכז ליפר לגנטיקה חישובית. "הפשטות נערכת יתר על המידה. א 'קולי, עם כל מה שמכונה דנ"א זבל, יעיל בהרבה ממיוקופלזמה," הוא אומר ומציין כי הגנום של א' קולי גדול בערך פי שמונה אך גדל פי 50 יותר.
חברה בשם LS9, Inc, בסן קרלוס, קליפורניה, כבר ניצלה את התפוקה של E. coli, והנדסה את החיידק בכדי לבטל את DesignerBiofuels, "משפחת דלקים שיש לה תכונות שלא ניתן להבדיל מאלה של בנזין, סולר., ודלק סילוני, "לפי אתר החברה. במקום לבנות מחדש את א 'קולי מאפס, LS9 לקח את האורגניזם מהטבע ושינה אותו על ידי החדרת שברים של DNA סינתטי, גישה שלדברי הכנסייה היא הרבה פחות יקרה וקל להגדלה למטרות תעשייתיות.
לא משנה מה הגישה שמניבה את התשואה הגבוהה ביותר, הביולוגיה הסינתטית היא ללא ספק מירוץ קדימה. בשנים האחרונות טכניקות סינתזת DNA הפכו למהירות, זולות יותר ונגישות ליותר אנשים. הזמנת דנ"א מתלבושות מסחריות הפכה להיות קלה כמו הזמנת פיצה, לדברי ווייט, שמקרין שבעשורים הקרובים המדענים יוכלו להקציף קטעי DNA גדולים בהרבה: גנום סינתטי לשמרים, לבעלי חיים - אולי אפילו לבני אדם.