211service.com
Synthetisch genoom start cel opnieuw op
Als culminatie van een project van 15 jaar, hebben wetenschappers van de J. Craig Venter Instituut hebben de eerste cel ontwikkeld die wordt bestuurd door een synthetisch genoom.
Beginnen bij het begin: Wetenschappers hebben bacteriële cellen opnieuw opgestart door een synthetische versie van het in het laboratorium vervaardigde Mycoplasma mycoides-genoom te transplanteren. Het synthetische genoom bevat een markergen dat een blauwe verbinding maakt, zodat de synthetische cellen blauwe kolonies vormen (boven). Het natuurlijk voorkomende M. mycoides-genoom mist dat gen, dus de wildtype cellen vormen witte kolonies (onder).
Dit is de eerste keer dat de informatie van een genoomsequentie weer tot leven is gebracht, zegt Chris Voigt , een synthetisch bioloog aan de Universiteit van Californië, San Francisco, die niet bij het project betrokken was. Het is echt opmerkelijk.
Met behulp van een in 2008 ontwikkelde methode hebben de onderzoekers, onder leiding van genomics-pionier Craig Venter, het genoom gesynthetiseerd van een kleine bacterie genaamd Mycoplasma mycoides , met iets meer dan een miljoen DNA-basenparen. Vervolgens transplanteerden ze het synthetische genoom in een verwante bacterie, Mycoplasma capricolum , in een proces dat ze eerder hadden geperfectioneerd met behulp van niet-synthetische chromosomen.
Nadat de ontvangende cellen het synthetische genoom hadden opgenomen, begonnen ze onmiddellijk de instructies uit te voeren die in het genoom waren gecodeerd. Alleen de geproduceerde cellen M. mycoides eiwitten, en binnen een paar ronden van zelfreplicatie waren alle sporen van de ontvangende soort verdwenen. De resultaten waren: gepubliceerd Donderdag in de online editie van het tijdschrift Wetenschap .
Om hun synthetische genoom te onderscheiden van de natuurlijk voorkomende versie, codeerden de onderzoekers een reeks watermerken in de sequentie. Ze begonnen met het ontwikkelen van een code voor het schrijven van het Engelse alfabet, evenals leestekens en cijfers, in de taal van DNA - een decoderingssleutel is opgenomen in de reeks zelf. Daarna schreven ze in hun naam, een paar citaten en het adres voor een website die mensen kunnen bezoeken als ze de code met succes kunnen kraken.
In termen van het creëren van synthetisch leven, is dit project een bewijs van het principe: afgezien van de watermerken en een handvol gendeleties om het vermogen van de soort om ziekte te veroorzaken te verminderen, bootst het synthetische genoom in wezen een natuurlijk voorkomend genoom na. Venter hoopt dat de synthetische genomische technologie in de toekomst kan worden gebruikt om geheel nieuwe organismen te ontwerpen en te ontwikkelen, met brede praktische toepassingen.
Venter en zijn collega's werken met Novartis en de National Institutes of Health om cassettes te synthetiseren - clusters van genen die in een synthetisch genoom kunnen worden ingevoegd - voor elk bekend griepvirus in een poging het productieproces van vaccins te stroomlijnen. Ze stellen zich een systeem voor waarbij, als een nieuwe stam zoals H1N1 zou ontstaan, het ontwikkelen van een vaccin net zo eenvoudig zou zijn als het shuffelen van genen die coderen voor de relevante virale fragmenten in een synthetisch genoom. Dit zou dan een cel kunnen opleveren waarmee het product snel kan worden gemaakt.
De onderzoekers werken ook samen met ExxonMobil om algencellen om te vormen tot fabrieken voor levende brandstof die koolstofdioxide efficiënt zouden omzetten in koolwaterstoffen die in raffinaderijen zouden kunnen worden verwerkt. Er zijn geen bestaande cellen die we hebben kunnen vinden die dat proces efficiënt genoeg doen om het economisch levensvatbaar te maken, zegt Venter.
Andere mogelijke toepassingen zijn het ontwerpen van synthetische microben die water kunnen zuiveren of chemicaliën of voedselingrediënten kunnen maken. Ik voorspel dat binnen tien jaar elke cel die in industriële processen wordt gebruikt, synthetisch zal worden gemaakt, zegt Venter.
Daartoe zijn de onderzoekers van plan om uiteindelijk een soort universele ontvangende cel te ontwikkelen die elk donorgenoom kan opstarten. Het transplantatieproces is het technisch meest uitdagende aspect van het bouwen van een synthetische cel gebleken, zegt Venter, en het zou ideaal zijn om een nieuwe ronde van probleemoplossing voor elk nieuw ontwikkeld systeem te vermijden.
Voorlopig, zegt Voigt, is de grootste hindernis bij het realiseren van het potentieel van synthetische genomica de kloof tussen ons vermogen om DNA te synthetiseren en ons vermogen om het te ontwerpen. Dat wordt de volgende generatie van onderzoek, zegt hij. De technologie rond het bouwen van DNA is nu volwassen en het wordt de volgende toolbox om het te ontwerpen.
Naast praktische toepassingen hoopt Venter ook dat synthetische cellen de basiswerking van het leven zullen helpen ophelderen, waardoor onderzoekers misschien precies kunnen ontcijferen wat elk onderdeel van een bacteriële cel doet. Hoewel de genomen van talloze organismen nu zijn gesequenced, zegt Venter, begrijpen we nog steeds niet helemaal hoe zelfs de eenvoudigste levensvormen functioneren. We willen proberen om van een van deze cellen het best begrepen celsysteem in de biologie te maken, zegt hij.
Venter wijst ook op wat de cellen - aangedreven door genomen die in een laboratorium zijn gemaakt uit vier flessen chemicaliën, gebaseerd op instructies die op een computer zijn opgeslagen - onthullen over wat leven is. Dit is evenzeer een filosofische als een technologische vooruitgang, zegt hij. Het idee dat dit mogelijk is, betekent dat bacteriële cellen softwaregestuurde biologische machines zijn. Als je de software verandert, bouw je een nieuwe machine. Ik sta er nog steeds versteld van.
De ontwikkeling laat zien dat we het tijdperk verlaten waarin cellen en DNA fysiek van de ene naar de andere locatie moeten worden overgebracht, zegt Voigt, naar een tijdperk waarin biologie een informatiewetenschap is. Het zou nu mogelijk zijn om het genoom van een organisme in San Francisco te sequensen, de sequentie door het hele land te e-mailen en dat organisme tot leven te brengen in een laboratorium in Maryland. Alleen de informatie kan dat organisme reconstrueren en weer tot leven brengen, zegt Voigt.