211service.com
Een genoom transplanteren
Vergeet nieren en harten: genomics-pionier J. Craig Venter heeft een veel kleinere transplantatieprocedure geleid. Wetenschappers aan de J. Craig Venter Instituut , in Maryland, hebben een heel genoom van de ene bacterie op de andere overgedragen. Ze zeggen dat de bevindingen, die vandaag in het tijdschrift worden beschreven, Wetenschap , markeer een belangrijke vooruitgang in de richting van het doel om synthetische genomen te creëren. Venter en zijn collega's streven er uiteindelijk naar om genomen helemaal opnieuw te bouwen en ze in bacteriële cellen te transplanteren om op maat gemaakte, brandstofproducerende micro-organismen te creëren.
Pioneer-bug: J. Craig Venter kondigde deze week aan dat zijn instituut een bacterieel genoom heeft getransplanteerd, waardoor de ene soort in de andere is veranderd. De onderste afbeelding toont de kolonies van de getransformeerde Mycoplasma mycoides bacterie.
Dit artikel is een mijlpaal in biologische engineering, zei: Barbara Jasny , Wetenschap ’s adjunct-hoofdredacteur, op een persconferentie op woensdag. Het brengt ons van het vermogen om één gen of een reeks genen te verplaatsen naar het vermogen om een intact genoom te verplaatsen.
Wetenschappers begonnen met twee soorten mycoplasma, een type bacterie zonder celwanden en met zeer kleine genomen. Vervolgens isoleerden ze het DNA van één soort, die een extra gen had gekregen om het resistent te maken tegen een antibioticum, en transplanteerden het door het celmembraan van de tweede soort. Toen de gastheerbacteriën groeiden en zich verdeelden in de aanwezigheid van dit antibioticum, verdwenen de cellen die de oorspronkelijke chromosomen droegen, waardoor alleen cellen overbleven die het getransplanteerde chromosoom bevatten. Het belangrijkste was dat de gastheerbacterie de moleculaire kenmerken van de donor overnam. Het hele eiwitrepertoire verandert, zei Venter op de persconferentie.
Voor het team van Venter is de genoomtransplantatie een stap in de richting van het ontwikkelen van microbiële machines om efficiënt brandstof te produceren. De onderzoekers proberen momenteel een synthetische versie van het genoom van Mycoplasma genitalium , een bacterie die wordt aangetroffen in het menselijke geslachtsorgaan en die de groep van Venter al meer dan tien jaar bestudeert. Door specifieke delen van het synthetische genoom te herschikken of te verwijderen en het in een bacteriële gastheer te plaatsen, moeten wetenschappers kunnen achterhalen welke genen essentieel zijn voor het functioneren van het organisme - in wezen het minimale genoom. Dit minimale genoom zou vervolgens kunnen worden aangepast om brandstofproducerende genen te dragen, en de hele reeks DNA zou in een bacteriële drager kunnen worden getransplanteerd.
Naast het onderzoek aan zijn instituut heeft Venter ook een in Maryland gevestigde startup opgericht genaamd Synthetische genomica . (Zie Een bug bouwen om olie te oogsten .) Het bedrijf, dat samenwerkt met BP, hoopt bacteriën voor energietoepassingen te commercialiseren.
Maar sommige wetenschappers vragen zich af of een minimaal genoom nodig is om bruikbare bacteriën te ontwikkelen. Het is niet duidelijk waarom een minimale cel of een cel die is ontwikkeld door transplantatie van het hele genoom kosteneffectiever zou zijn dan alleen het invoegen of veranderen van een paar genen in een robuuster genoom, zegt George kerk , een geneticus aan de Harvard Medical School, in Boston. Hij wijst erop dat het synthetiseren van zelfs het kleinste genoom met de huidige technologie naar schatting 10 miljoen dollar zou kosten. In feite sleutelen andere bedrijven aan bestaande microben om biologische brandstoffabrieken te bouwen. (Zie Een betere biobrandstof .)
Venter zei echter dat zijn aanpak inherente biologische eigenschappen zou elimineren die uitgebreide biologische engineering lastig maken. Een niet-essentieel metabolisch proces zou bijvoorbeeld een moleculaire voorloper kunnen wegzuigen die nodig is voor de productie van brandstof. Bovendien, zei Venter, hebben bestaande organismen een snel vermogen om te evolueren. In de synthetische biologie wil je geen systeem dat vanzelf tot iets anders evolueert. Die elementen willen we vanaf het begin uit de cel verwijderen.
De genomische overdrachtstechniek is vergelijkbaar met nucleaire overdracht - gebruikt om Dolly het schaap te klonen - waarbij de kern van een volwassen cel wordt overgebracht naar een ei. Maar om het proces in bacteriën te laten werken, was lastiger. Wetenschappers speculeren dat nucleaire eiwitten die tijdens nucleaire overdracht samen met het DNA worden overgedragen, dit proces kunnen helpen. Bacteriën hebben geen kern en in dit experiment werd alleen DNA naar de gastheercel overgebracht. Onderzoekers deden dit met opzet om aan te tonen dat alleen DNA nodig was om de gastheerbacterie met succes te herprogrammeren - een eigenschap die nodig zal zijn wanneer wetenschappers klaar zijn om volledig synthetische genomen te transplanteren.
Wetenschappers begrijpen niet volledig hoe de genoomoverdracht werkte, met name hoe het gastheergenoom verdween. En het is nog niet duidelijk hoe goed de techniek zal werken in andere bacteriën of in meer complexe organismen. De meeste bacteriën hebben een afweermechanisme dat al het vreemde DNA dat de cel binnenkomt, in stukken snijdt, dus wetenschappers zouden een manier moeten vinden om de DNA-afbrekende enzymen in elke verschillende soort te blokkeren voordat ze met succes vreemde genomen erin kunnen transplanteren.