211service.com
Een genoom synthetiseren vanuit het niets
In een technisch hoogstandje, wetenschappers van de J. Craig Venter Instituut , in Rockville, MD, hebben het genoom van de bacterie gesynthetiseerd Mycoplasma genitalium helemaal vanaf nul. De prestatie is een opstapje in het creëren van nauwkeurig ontworpen microbiële machines die in staat zijn om biobrandstoffen te genereren en andere nuttige functies uit te voeren.
Synthetische genomen: Hier wordt een cirkelvormig stuk DNA getoond dat helemaal opnieuw is gesynthetiseerd - het eerste bacteriële genoom dat op deze manier is gecreëerd.
Het is echt baanbrekend dat je synthetisch een genoom voor een bacterie kunt bouwen, zegt Chris Voigt , een synthetisch bioloog aan de Universiteit van Californië, San Francisco, die niet bij het project betrokken was. Het is in orde van grootte groter dan wat eerder is gedaan.
Biologen die genetisch gemanipuleerde organismen creëren, bestellen nu routinematig stukjes DNA die 10.000 tot 20.000 basenparen lang zijn - groot genoeg om de genen voor een enkele metabole route op te nemen. Dat stelt onderzoekers in staat microben te ontwikkelen die specifieke taken kunnen uitvoeren, maar het vermogen om volledige genomen te synthetiseren zou een geheel nieuw niveau van controle over biologisch ontwerp kunnen geven. (Zie Tumordodende bacteriën .)
In de nieuwe studie bestelden wetenschappers 101 DNA-fragmenten, die de hele Mycoplasma genoom, van commerciële DNA-synthesebedrijven. Deze fragmenten waren zo ontworpen dat elk de aangrenzende sequentie met een kleine hoeveelheid overlapt; deze overlappende stukken plakken aan elkaar dankzij de chemische eigenschappen van DNA. Onderzoekers bonden de fragmenten vervolgens stuk voor stuk vast en genereerden uiteindelijk het volledige 582.970 basenpaar Mycoplasma volgorde. De bevindingen werden donderdag gepubliceerd in de online editie van Wetenschap .
We beschouwen dit als een tweede en belangrijke stap in een proces van drie stappen van onze poging om het eerste synthetische organisme te creëren, zegt Craig Venter, president van het Venter Institute. Venter en zijn collega's willen uiteindelijk een minimaal genoom creëren - een met het minste aantal genen dat nodig is om het leven in stand te houden. Het lokaliseren van het minimale genoom zal zowel licht werpen op de belangrijkste cellulaire processen als een basis vormen voor het ontwerpen van geavanceerde synthetische organismen. Uiteindelijk willen we cellen ontwerpen die robuust kunnen functioneren om unieke biobrandstoffen te maken, zegt Venter.
De volgende stap van de onderzoekers is om aan te tonen dat het synthetische genoom functioneert zoals het hoort. We hebben het hele genoom in een buis geassembleerd, maar we moeten het in de cel van een andere soort transplanteren om te laten zien dat het de cel kan herstarten, zegt Hamilton Smith, een Nobelprijswinnaar die toezicht hield op het project bij het Venter Institute. Vorig jaar transplanteerde de groep van Smith het genoom van een soort van Mycoplasma in een andere, wat aantoont dat dit type transplantatie mogelijk is. (Zie Een genoom transplanteren .)
Hoewel de synthese van een genoom vanuit wetenschappelijk perspectief indrukwekkend kan zijn, is het nog geen praktische manier om microben te manipuleren om biobrandstoffen te maken. In plaats daarvan hebben verschillende bedrijven, waaronder: Synthetische genomica , een biotechbedrijf dat door Venter is opgericht om microben voor energie te ontwikkelen, gebruikt meer traditionele metabolische engineeringtechnieken om brandstofproducerende bacteriën te genereren. (Zie Bouwen aan betere biobrandstoffen .) Wat we doen met synthetische chromosomen zal het ontwerpproces voor de toekomst zijn, zegt Venter.
Anderen in het veld zijn enthousiast over dat vooruitzicht. Het kunnen synthetiseren van genomen opent een nieuwe wereld, zegt Voigt. Je kunt dingen bouwen op de schaal van het genoom. Hij zegt bijvoorbeeld dat wetenschappers nu bacteriën ontwikkelen om verschillende stappen uit te voeren bij de omzetting van biomassa in ethanol: de ene stam om de biomassa af te breken, de andere om ethanol te maken. Maar idealiter zouden wetenschappers die processen kunnen combineren om één organisme te creëren dat biomassa kan eten en brandstof kan uitspugen. (Zie The Prijs van Biobrandstoffen .) Daarvoor zou een ontwerp op genoomschaal nodig zijn, zegt Voigt.
Hij vergelijkt het huidige project, waarbij meerdere stappen nodig waren om de fragmenten aan elkaar te lijmen, met de laatste computers die waren ontworpen voordat geautomatiseerde fabricage- en microfabricagetechnieken werden geïntroduceerd. Soortgelijke vorderingen zijn nodig voor ambitieuzere projecten voor genoomsynthese. We moeten nog steeds 'one step'-genoomconstructiemethoden ontwikkelen om de kosten en doorlooptijd van genoomconstructie te verminderen, zegt Drew Endy, een synthetisch bioloog aan het MIT.