211service.com
Gist 2.0
Wetenschappers hebben een volledig gistchromosoom gesynthetiseerd, het eerste kunstmatige chromosoom voor het koninkrijk van het leven dat mensen, planten en schimmels omvat. Gist met het kunstmatige chromosoom bleek net zo gelukkig te zijn als hun natuurlijke tegenhangers, meldt het team. De methoden die zijn ontwikkeld om de genoomstructuur van ontwerpers te creëren, kunnen synthetische biologen helpen de eencellige schimmels beter te gebruiken als biologische fabrieken voor chemicaliën zoals biobrandstoffen en medicijnen.
Scannen van een elektrografisch beeld van een gistcel die ontluikt uit een dochtercel.
Mensen manipuleren al duizenden jaren gist, waarbij eerst wilde schimmelstammen werden omgezet in de levensbevestigende fermentoren die ons bier en brood geven. Gist is ook lang een laboratoriumorganisme geweest voor het bestuderen van moleculaire biologie en genetica; in feite is veel van wat we weten over kankergenetica afkomstig van onderzoek naar onze schimmelvrienden. In de afgelopen jaren hebben wetenschappers ontdekt hoe ze nieuwe biochemische routes in gist kunnen ontwikkelen, waardoor levende fabrieken voor medicijnen, biobrandstoffen en meer kunnen worden gecreëerd (zie Microben kunnen massaal malaria produceren en een biobrandstoffabriek opent in Brazilië). Het rapport van het eerste kunstmatige, designer-gistchromosoom suggereert manieren voor onderzoekers om nieuwe chemicaliën in de microben te produceren of hun biologische productie mogelijk efficiënter te maken.
Zes jaar geleden bouwde het J. Craig Venter Institute het eerste kunstmatige chromosoom, dat het volledige genoom van een bacterie omvatte (zie Synthesizing a Genome from Scratch). Twee jaar later werd dat door de mens gemaakte 582.970 basenpaar getransplanteerd in een cel die met succes zijn instructies begon uit te voeren (zie Synthetic Genome Reboots Cell).
Het eerste synthetische gistchromosoom, gerapporteerd in Wetenschap op donderdag , vertegenwoordigt slechts een deel van het volledige genoom van dat organisme en is 272.871 basenparen lang. Het door de Johns Hopkins University geleide team ontwierp het chromosoom eerst op een computer, waarbij de natuurlijke chromosoomsequentie werd gestroomlijnd, zodat deze minder repetitieve sequenties en andere aanpassingen had. Niet-gegradueerde studenten in een klas genaamd Build-A-Genoom bij Johns Hopkins gebruikte moleculair-biologische trucs om DNA-fragmenten van ongeveer 70 nucleotiden (A's, T's, G's en C's) lang aan elkaar te rijgen in blokken van 750 basenparen. Vervolgens gingen andere onderzoekers door met het samenstellen van die blokken tot langere stukken van het chromosoom, en uiteindelijk werden de grootste brokken afgeleverd in gistcellen, die de laatste montagestappen overnamen om het hele, kunstmatige chromosoom te creëren.
Het kunstmatige chromosoom is een designerversie van slechts een van de 16 chromosomen van de gist, en nog de kleinste. Maar het werk is een belangrijke stap voorwaarts voor synthetische biologie en een mijlpaal in een internationale inspanning om een volledig synthetisch gistgenoom te bouwen, project Sc2.0 (van de wetenschappelijke naam voor bakkersgist, Saccharomyces cerevisiae ).
Naast het verwijderen van enkele onnodige sequenties uit de code van hun designerchromosoom, flankeerden de onderzoekers ook veel genen op het chromosoom met kleine stukjes DNA die fungeren als landingsplaatsen voor een eiwit dat kan worden gebruikt om on-demand mutaties te creëren. Met deze designerveranderingen zeggen de onderzoekers dat ze in staat zullen zijn om te testen hoeveel mutaties een gistgenoom tegelijk kan verdragen en mogelijk gunstige mutaties kunnen ontdekken die aanleiding kunnen geven tot stammen die kunnen overleven in een breder scala van omstandigheden of misschien betere fabrieken zijn voor nuttige moleculen zoals brandstoffen en medicijnen. De onderzoekers hebben al aangetoond dat het induceren van mutatie in gist met behulp van de ontwerpersites ertoe leidde dat sommige cellen langzamer groeien en weer andere sneller groeien.
Hoofd onderzoeker Jef Boeke vertelt De rand dat het team van plan is om deze mutatieklare toevoegingen in alle 16 chromosomen te creëren. Die fontein van variabiliteit zou de sleutel kunnen zijn tot het vinden van manieren om onze fermenterende vrienden ertoe aan te zetten om efficiënter biobrandstoffen en andere chemicaliën te maken.