211service.com
Designer-chromosomen wijzen op nieuwe synthetische levensvormen
Wetenschappers proberen gistcellen te maken, zoals hierboven weergegeven, met volledig kunstmatig DNA.
Een internationaal team van wetenschappers nadert zijn doel om al het genetische materiaal in een gistcel te vervangen door designer-DNA dat in een laboratorium is afgedrukt. De poging om bakkersgist te voorzien van kunstmatige chromosomen betekent een stap in de richting van wat volgens biologen technologie is voor het printen van verbeterde of geheel nieuwe levensvormen in het laboratorium.
Het project, genaamd Synthetic Yeast 2.0, of Sc2.0 kortom, het gaat om zo'n 200 wetenschappers van 10 universiteiten. Zoals vandaag gemeld in Wetenschap , vervingen ze nauwgezet vijf van de 16 chromosomen van gist door kunstmatige kopieën, die waren ontworpen met veranderingen die ze geschikter konden maken voor de productie van medicijnen of biobrandstoffen.
Wat we doen is in wezen de evolutie versnellen, zegt Jef Boeke van het Langone Medical Center van de New York University, die het lopende project heeft geleid.
Gecombineerd met het eerste synthetische gistchromosoom, eerder gemaakt door hetzelfde team, vormen de structuren meer een derde van het gistgenoom.
Het werk is gebaseerd op technologie voor het maken van DNA-strengen in het laboratorium. Boeke zei dat zijn team DNA had gekocht van commerciële leveranciers en ongeveer 10 cent voor elke DNA-letter had uitgegeven. In dat tempo zou het ongeveer $ 1,25 miljoen kosten om het volledige gistgenoom te dekken, maar de volledige kosten van de inspanning, inclusief arbeid, zijn veel hoger.
Het synthetische-gistproject is de basis van een veel ambitieuzere inspanning genaamd Genoom Project-Schrijven , waar Boeke ook deel van uitmaakt. Het heeft tot doel een volledig synthetisch plantaardig of dierlijk genoom te creëren, mogelijk dat van een mens, hoewel het nog niet de nodige financiering heeft gekregen. Vorig jaar lokten deze plannen sterke kritiek uit van andere wetenschappers, die zeiden dat een dergelijke onderneming onrealistisch was, ethische vragen zou oproepen over ontwerpers en niet volledig was doordacht.
De poging om synthetische levensvormen te creëren bouwt voort op ideeën die voor het eerst werden gedemonstreerd in 2010 door onderzoekers van de J. Craig Venter Instituut in Rockville, Maryland, die het genoom verving van een bacterie genaamd Mycoplasma mycoides met een kopie die ze in het lab hebben gebouwd.
Maar gist vormt een moeilijkere uitdaging. De eencellige organismen bevatten veel meer DNA dan bacteriën, en het is verdraaid tot chromosomen, die elk enkele honderden tot duizenden genen bevatten. Leiders van de inspanning, waaronder Boeke en Joel Bader van de Johns Hopkins University, schatten dat ze binnen twee jaar alle 16 chromosomen in gist zullen vervangen door kunstmatige kopieën en ook een extra, 17e chromosoom zullen creëren.
Om de kunstmatige chromosomen te maken, zijn de Sc2.0-wetenschappers stapsgewijs te werk gegaan, waarbij ze stukjes genetisch materiaal geleidelijk aan vervangen door DNA-strengen die machinaal zijn gesynthetiseerd en vervolgens controleren of de gist gezond blijft. Hun werk, inclusief hun inspanningen om herbouwde chromosomen te debuggen, wordt vandaag beschreven in zeven onderzoekspapers .
Hoewel Boeke en zijn team meestal de DNA-sequentie kopieerden die al in gist aanwezig was, veranderden ze deze ook op verschillende manieren, waaronder het verwijderen van junk-genen die geen duidelijke functie hebben en het overbrengen van grote stukken DNA van het ene chromosoom naar het andere. Verrassend genoeg groeide de gist nog steeds normaal, zelfs na significante veranderingen. De wetenschappers hebben ook genetische achterdeuren toegevoegd om gist te maken die in de toekomst gemakkelijker te manipuleren zal zijn.
Daniel Gibson, een wetenschapper bij Synthetic Genomics in La Jolla, Californië, gelooft dat de technieken die door het gistteam worden gebruikt nog niet geavanceerd genoeg zijn om een kunstmatig menselijk genoom te bouwen. Om te beginnen zou het benodigde DNA volgens sommige schattingen ongeveer $ 300 miljoen kosten. Hij bagatelliseerde ook de bezorgdheid over de mogelijke milieueffecten van door de mens gemaakte organismen. Voorlopig, zegt Gibson, is het doel van deze organismen om ze in een laboratoriumomgeving te laten groeien.
Op een dag zouden volgens sommige onderzoekers echter menselijke designerchromosomen een rol kunnen spelen in geavanceerde genbehandelingen. Momenteel omvatten gentherapieën meestal het vervangen van een enkel gen in het lichaam van een persoon. Maar wetenschappers geloven dat een klein kunstmatig chromosoom kan worden gebruikt om hele netwerken van defecte genen te vervangen.
Pamela Silver, een bio-ingenieur aan Harvard wiens laboratorium een kunstmatig menselijk chromosoom wil bouwen, zegt dat ze hoopt dat wetenschappers op een dag gemakkelijk chromosomen kunnen ontwerpen en bouwen zonder de noodzaak van een enorm team van onderzoekers.
Maar die dag is nog ver weg, zegt ze: wat je ook gaat synthetiseren, je hebt een technologische sprong nodig om het sneller en beter te maken dan wat het nu is.