Биологи представили синтетический геном, полученный на компьютере

Ученых давно интересуют искусственные микроорганизмы, которые несли бы лишь минимум генов, необходимых для жизнедеятельности, а также гены для производства целевых веществ. Самые заметные работы в этом направлении сделал, конечно, Крэг Вентер (Craig Venter), который некоторое время назад получил «минимальный» бактериальный геном и успешно пересадил его в живую клетку. Однако и эта ДНК содержала целых 473 гена, включая 149, конкретное предназначение которых остается неизвестным.

Чтобы дополнительно «очистить» геном от всего лишнего, биологи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) решили использовать сложные компьютерные алгоритмы. В качестве основы они выбрали последовательность ДНК бактерий Caulobacter crescentus, включающую больше 4000 генов, из которых жизненно необходимы около 680 — общей длиною порядка 785 тысяч нуклеотидов.

Новый алгоритм, представленный в статье, опубликованной в журнале PNAS, позволил избавиться от накопившихся в ДНК повторов и других избыточных участков. Это помогло сократить ее длину почти на 20% и сохранить всю функциональность, необходимую бактерии для выживания. Для этого компьютер провел замены более чем 130 тысяч нуклеотидов: фактически последовательность ДНК стала совершенно другой — более компактной — и при этом сохранила исходную функциональность.

Синтетический геном микроба, названного авторами Caulobacter ethensis-2.0, пока существует лишь в виде отдельных молекул и не проверялся — как это проделывал Крэг Вентер — в работе при внесении этой ДНК в живую клетку. Однако отдельные элементы своего искусственного генома авторы все-таки испытали. С помощью генной инженерии они заменяли отдельные гены бактерий Caulobacter crescentus на новые, синтетические, и подтвердили, что практически все они полностью сохраняют функциональность и позволяют микробам жить и размножаться.

Теперь швейцарские биологи планируют перейти к третьей версии Caulobacter ethensis, получив целиком функциональный «минимальный» синтетический геном и начав размножение живых клеток. Рано или поздно такие работы наверняка увенчаются получением идеальных для промышленности штаммов — не содержащих ничего лишнего, не способных нанести ущерб, но лишь эффективно производящих нужные нам вещества.