Первую клетку с полностью синтетическим геномом минимального размера научили корректно размножаться — Naked Science
8 минут
Василий Парфенов
4

Первую клетку с полностью синтетическим геномом минимального размера научили корректно размножаться

8.9

Новый штамм бактерий рода Микоплазма не только обладает полностью созданной в лаборатории ДНК, но и способен правильно размножаться. Развивая свой Проект Минимального Генома, американские ученые нашли семь недостающих последовательностей нуклеотидов, необходимых для корректного деления клеток этого организма. Правда, конкретные функции пяти из них пока неизвестны, определить их — задача для дальнейшей работы.

Первую клетку с полностью синтетическим геномом минимального размера научили корректно размножаться
Анимация деления JCVI-syn3A в миниатюрном хемостате / ©James Pelletier, MIT Center for Bits and Atoms and Department of Physics, Elizabeth Strychalski, NIST

Впервые ученые смогли создать жизнеспособную клетку с искусственным геномом в 2010 году. Этот организм назвали JCVI-syn1.0 (также известен как Mycoplasma laboratorium) и он стал отправной точкой для последующих манипуляций. Цель специалистов из Института геномики Дж. Крэйга Вентера (J. Craig Venter Institute) и их коллег из других подобных учреждений — найти минимальный размер ДНК, необходимой для поддержания жизни.

В качестве исходного материала использовалась бактерия Mycoplasma genitalium, один из основных кандидатов в возбудители воспаления мочеполовых путей у людей. Она интересна для ученых тем, что обладает самым маленьким геномом среди живых организмов, которые удалось вырастить в лаборатории (не считая вирусов, но они не реплицируются вне клетки-хозяина) — 580000 пар оснований или 482 гена.

После долгой работы и серии экспериментов по синтезу генетического материала и переносу его из реактора в заранее «очищенные» от ДНК клетки, ученые смогли найти необходимый для жизни полусинтетических микоплазм минимум — 382 гена. К моменту появления JCVI-syn3.0 удалось научить эти клетки полноценно функционировать и даже худо-бедно делиться. Но продукт такого размножения был плачевным: в результате него получались бактерии не поддерживающие шарообразную форму. Из-за этого они не могли нормально продолжать жизнедеятельность.

Первую клетку с полностью синтетическим геномом минимального размера научили корректно размножаться
Аномально делящиеся клетки штамма JCVI-syn3.0 / ©Lijie Sun, J. Craig Venter Institute

Новая работа, опубликованная в рецензируемом журнале Cell, показывает, что теперь ученым удалось преодолеть и эту трудность. В создании очередного штамма Mycoplasma laboratoriumJCVI-syn3A, — специалистам из Института Дж. Крэйга Вентера помогали коллеги из Массачусетского технологического института (MIT) и Национального института стандартов и технологий США (NIST). Причем именно последняя команда разработала ключевую технологию, необходимую для контроля за популяцией полусинтетических микоплазм.

Дело в том, что бактерии этого рода не имеют клеточной стенки, а также очень хрупкие и мелкие. Проводить какие-либо манипуляции с ними, не повреждая при этом нежные организмы, довольно трудно. Поэтому инженеры NIST создали специализированные миниатюрные прозрачные хемостаты — биореакторы с непрерывной циркуляцией питательной среды. Благодаря этому получилось выращивать JCVI-syn3A, проводить с ними все необходимые процедуры и легко наблюдать за делением в мощный оптический микроскоп (микоплазмы еще и очень мелкие — в сотни раз меньше кишечной палочки).

Чтобы JCVI-syn3A делился корректно и в результате получались правильные шарообразные бактерии, этому штамму вернули 19 генов, которые ранее отсекли от ДНК JCVI-syn3.0. Семь из них в ходе экспериментов определили, как необходимые для размножения. Что интересно, функции только двух этих критически важных комбинаций нуклеотидов до конца ясны ученым. Что конкретно делают еще пять — предстоит установить позднее, в текущей научной работе цель стояла иная.

Создание полноценного микроорганизма с искусственным геномом минимально возможного размера позволит выполнить заветную мечту многих биологов: конструировать живые инструменты. Добавляя или удаляя фрагменты ДНК с известными функциями ученые смогут буквально программировать бактерии на любые цели. Перспективы огромны: производство медикаментов и конкретных химических веществ, в том числе переработка отходов, адресная доставка лекарств в организм человека, биосенсоры и биокомпьютеры — иными словами, на что только хватит воображения.

Первую клетку с полностью синтетическим геномом минимального размера научили корректно размножаться
©James F. Pelletier et. al., Genetic requirements for cell division in a genomically minimal cell, Cell, March 29, 2021 https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008

Несмотря на впечатляющий прогресс, впереди у специалистов по геномике работы еще невпроворот. Как хорошо видно, если оценивать эффективность экспериментов по длине ДНК, то в своих изысканиях они только подобрались к достижениям эволюции. Судите сами: Mycoplasma genitalium — 482 гена, JCVI-syn1.0 — 901 ген (около миллиона пар оснований), JCVI-syn3.0 — 473 гена, а JCVI-syn3A — 480. Правда, не стоит забывать, что в синтетической ДНК специально были добавлены фрагменты, позволяющие однозначно отличить искусственный штамм от «дикого» и делающие его не заразным. Прогресс есть и он впечатляет, особенно учитывая огромный багаж полученных знаний о генетике микроорганизмов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 08:45
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

Вчера, 21:42
8 минут
Мария Азарова

Блокирование рецептора, который помогает сохранять энергию в условиях голода, назвали ключом к более безопасным профилактике и лечению ожирения, вызванного неправильным образом жизни.

10 часов назад
3 минуты
Сергей Васильев

Новая однокристальная электронная схема настолько миниатюрна, что ее можно инъецировать медицинским шприцем — и получать данные о температуре тела по ультразвуковой беспроводной связи.

Вчера, 08:45
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

8 мая
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

4 Комментария

31.03.2021
-
0
+
Мне кажется выражение "полностью синтетический геном" несколько не корректно
    Ее ДНК полностью синтезирована в лаборатории, почему нет?
    +
      ещё комментарии
      31.03.2021
      -
      0
      +
      Составлена из кусочков существующей или собрана по атомам?
        Я не до конца уверен, как именно работают реакторы, в которых синтезируют ДНК, но насколько я понимаю, там просто идет соединение нуклеотидов в нужную последовательность на программируемой матрице.
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: