Biyolojide devrim yaratan: yarı sentetik maya genomu, genetik mühendisliğinde yeni ufuklar ortaya çıkarıyor

Sentetik DNA bilim kurgu ürünü gibi görünebilir ancak hızla gerçeğe dönüşüyor. Araştırmacılar, dünyanın ilk tamamen yapay kromozomu da dahil olmak üzere %50’den fazla yapay genoma sahip bir maya hücresi yarattılar.

Bilim insanları daha önce yapay bakteriyel ve viral genomlar üretmişti ancak bir sonraki adım, tüm genomun zarla çevrili bir çekirdek içinde yer aldığı bir hücre olan ökaryotlardı. Bunun için fırın mayası gibi maya doğal bir seçim olabilir (Şarap mayası) yalnızca 16 kromozomdan oluşan kompakt bir genoma sahiptir ve DNA’yı birbirine bağlama konusunda doğuştan gelen bir yeteneğe sahiptir.

Ancak Sentetik Maya Genomu (Sc2.0) projesine katılan araştırmacılar, mayaya bir “tasarımcı” genomu vererek DNA’yı sentezlemekten biraz farklı bir şey yapmak istediler. Başyazar ve Sc2.0 lideri Jeff Buckey bir makalesinde “Doğanın tasarımıyla yakından değiştirilmiş bir şey üretmenin önemli olduğuna karar verdik” dedi. ifade. “En önemli hedefimiz bize yeni biyoloji öğretebilecek bir maya oluşturmaktı.”

Yapay genom yapmak

Ekip ilk önce genomdan sözde “çöp” DNA’yı çıkardı ve sentetik ve orijinal genleri ayırt etmelerine yardımcı olmak için onu taze DNA parçacıklarıyla değiştirdi ve ardından gen sırasını yeniden karıştırdı. Ayrıca yapılması gereken başka bir büyük çıkarma işlemi daha vardı: tRNA genleri.

Kodladıkları proteinler hücrelerin içinde önemli bir rol oynarken, tRNA genleri de maya genomunu dengesiz hale getirir. Devrim niteliğinde bir adımla, araştırmacılar onu çıkardılar ve t-RNA genlerine dayanan tamamen yeni bir ‘yeni kromozoma’ aktardılar. Ortak yazar Patrick Yezi Cai, “Yeni tRNA kromozomu dünyanın ilk tamamen yapay kromozomudur” dedi. “Doğada böyle bir şey yok.”

Yeni kromozomla birlikte araştırmacılar, her biri 15 normal ve bir yapay kromozom içeren 16 kısmen yapay maya suşu oluşturmadan önce her bir kromozomu bağımsız olarak bir araya getirdi.

Parçaları bir araya getirin

Sonra işin zor kısmı geldi: tüm yapay kromozomların tek bir maya hücresinde toplanması. Bu, klasik genetik tekniğin (hibridizasyon) ve bazı tamamen yeni yaklaşımların bir kombinasyonunu içeriyordu. Hibritleşme yavaştı ve ortaya çıkan maya %30’dan fazla sentetik genom içerse de araştırmacılar daha fazlasını arıyordu.

Genetik kusurları onarmak için kromozom değiştirme adı verilen yeni bir yöntem ve CRISPR/Cas9’a benzer bir teknoloji kullandıktan sonra, %50’den fazla sentetik DNA içeren tek bir maya hücresi elde etmeyi başardılar. Genomunu değiştirmek mayanın büyümesine veya anormal görünmesine neden olabilirdi, ancak dikkatli üretim sayesinde maya hayatta kaldı ve yabani mayaya benzer şekilde çoğaldı.

Kay, “Ekip artık tomurcuklanan mayanın işletim sistemini yeniden yazdı ve mühendislik biyolojisinde yeni bir çağ açtı – bir avuç genle uğraşmaktan yeni bir genom tasarlama ve oluşturmaya geçiş yaptı” dedi.

Sonraki adımlar

Maya uzun zamandır yiyecek ve içecek üretiminde temel bir malzeme olmuştur – iyi ekmek ve biraya sahip olmamızın nedeni budur, herkes “Teşekkürler maya” der – ve bilimde kimyasallar ürettiği ve örnek bir organizma olduğu için. Önde gelen bilim adamlarından Ben Blunt’un makalesinde açıkladığı gibi, sentetik DNA kullanarak bu alanlarda pek çok ilerleme kaydedebiliriz. ifade.

“Yapay kromozomlar kendi başlarına muazzam teknik başarılardır, ancak aynı zamanda biyolojiyi nasıl inceleyeceğimiz ve uygulayacağımız konusunda bir dizi yeni yeteneğin önünü açacaklar. Bu, daha yeşil biyolojik üretim için yeni mikrobiyal türler yaratmaktan, anlamamıza ve kontrol etmemize yardımcı olmaya kadar değişebilir. hastalıklar.”

Bir sonraki adım, 16 yapay kromozomun tamamını tek bir maya hücresinde birleştirmek olacaktır. Bu kolay değil ama araştırmacılar iyimser. Bucky, “Artık 16 kromozomun tamamının tek bir hücrede bulunmasının bitiş çizgisinden çok uzaktayız” dedi.

“Ben buna başlangıcın sonu demeyi seviyorum, sonun başlangıcı değil, çünkü o zaman gerçekten o yüzeyi karıştırmaya ve daha önce hiç görmediğimiz şeyleri yapabilen maya üretmeye başlayabiliriz.”

Çalışma dergide yayınlandı hücre.