Каков минимальный размер генома, необходимого для функционирования живого организма? — «наука»
Популярная наука
Не каждый ученый, подобно Крейгу Вентеру (Craig Venter), может похвалиться тем, что его имя известно в широких научных кругах. В девяностых врач Вентер профинансировал параллельную версию проекта «Геном человека», применив более продвинутую разработку, если сравнивать с той, что употреблялась в интернациональном проекте (последний в значительной мере позаимствовал подход Вентера). Ученый в первый раз создал синтетический вирус из общедоступных реактивов, а после этого ему в первый раз в мире удалось синтезировать геном бактерии — модифицированную копию ДНК бактерии Mycoplasma mycoides.
Но, осталась еще одна не решенная до сих пор задача — о минимальном геноме. Она формулируется так: каков минимальный геном бактерии, при котором она способна оставаться живой? Ответить на этот вопрос нужно чтобы разобраться с вопросами функционирования и принципами бактерий их эволюции.
Это окажет помощь заложить надежный фундамент для конструирования новых микроорганизмов, каковые имели возможность приносить пользу всему человечеству, — в этом и содержится вклад синтетической биологии, которая на данный момент бурно начинается. Вентер уверен в том, что в данной области он добился успеха.
Геном человека сложнее, чем полагали ученые
Gizmodo06.09.2012Стратегии важного генного редактирования
Project Syndicate27.01.2016Совершенное генетическое знание
Aeon Magazine13.11.2015Продемонстрируйте-ка собственные гены
Nautilus17.08.2015Собственную методику он сравнительно не так давно разместил в издании Science совместно Клайдом Хатчинсоном (сотрудником по университету J. Craig Venter Institute (JCVI) в Сан-Диего, Калифорния; Хатчинсон возглавлял команду ученых, делавших эту научную работу); кроме него в изучении участвовал еще 21 человек. Собственную работу ученые начали с бактерии Mycoplasma mycoides, у которой имеется около 900 генов; кстати, Mycoplasma mycoides — это организм, владеющий самым мелким геномом из всех живых существ.
В первой половине 90-х годов двадцатого века, трудясь с различными видами данной бактерии, Вентер решил применять следующую методику: «выбивать» по одному гену из генома, а после этого контролировать, сможет ли бактерия выжить без этого выбитого гена. Ученые распознали 150 несущественных генов, но это вовсе не означало, что без них бактерия имела возможность выжить. В некоторых случаях указанные гены друг друга дублировали.
Но в случае если данный механизм дублирования убрать, выбив через чур большое количество генов, то бактерия погибнет.
Появляется вопрос: какие конкретно из несущественных генов возможно отбросить?
«Выбиваем» гены
На базе знаний, накопленных молекулярной биологией, среди них и по итогам опытов с «выбиванием генов», ученые высказали предположение, что возможно в конечном счете взять «гипотетический минимальный геном» (HMG), состоящий всего из 471 гена. Но оказалось, что тут не все так легко. При применении способа синтезирования по Вентеру, бактериальный геном разделяли на восемь частей; после этого, каждую «восьмушку» собирали раздельно, а позже все восемь фрагментов сшивали.
На протяжении опытов по синтезированию генома бактерии M. mycoides методом сшивания восьми фрагментов стало известно, что солидная их часть по большому счету не функционировала, а остальные не могли функционировать без сбоев. В общем, было нужно все затевать сперва.
Вначале, ученые забрали бактерию с синтетическим геномом M. mycoides, а после этого применили к ней методику называющиеся «разрушение генома посредством транспозонов»: транспозон вставляли в случайное место (локус) генома; после этого, полученный штамм поместили в чашку с агаровой средой — в следствии, в ней показались 80 тысяч бактериальных колоний. Изучение этих колоний разрешило возможность выявить комплект генов, нужных для существования бактерии (бактерии не могли размножаться кроме того при мельчайшем повреждении нужного гена транспозоном).
Вторая несколько генов стала называться «квази-необходимых»; эти гены имели возможность выдерживать разрушение транспозоном только частично. Гены третьей группы, каковые были очень сильно уничтоженными, были признаны несущественными. В итоге, ученые забрали 240 нужных генов, 229 квази-необходимых, и маленькое количество несущественных генов, каковые, как подсказывал здравый суть, также, возможно, для чего-то необходимы.
Из этого «замеса» ученые сконструировали жизнеспособный геном, что по своим размерам был меньше генома бактерии M. mycoides. По окончании проверки фрагментов бактериального генома («восьмушек», о которых мы говорили выше) стало известно, что семь из них функционировали замечательно (действительно, в работе последнего — восьмого — фрагмента наблюдались кое-какие сбои); тем самым, восьмой фрагмент обозначил нестабильную область ДНК.
Но в то время, когда все восемь фрагментов генома были сшиты совместно, итог почему-то был неудовлетворительным. Но, при комбинировании этих фрагментов в другом порядке (четыре «восьмушки» ДНК М. mycoides с четырьмя вторыми такими же фрагментами), колонии бактерий, в большинстве случаев, выживали.
Изучение комбинаций «восьмушек» разрешило ученым распознать те пары генов, каковые, действуя сообща, приводили к смерти всего штамма М. mycoides (причем, кроме того в том случае, в то время, когда в подобной обстановке выживала его дикая разновидность). Посредством различных методик ученым удалось неспешно уменьшить число генов, создав промежуточный вид, насчитывавший всего 512 генов. В другом опыте с применением транспозонов было распознано еще большее число несущественных генов, по окончании удаления которых ученым удалось еще ближе подойти заветной цели — созданию HMG (в данном опыте был взят «минимальный геном», состоявший уже из 473 генов).
Увидим, что функции 149 из 473 генов сейчас малоизвестны. Но обстановка прояснится по окончании того, как будет взят минимальный геном, призванный заложить фундамент всей синтетической биологии. Ученым уже удалось приблизиться на один ход к достижению данной цели: они смогли синтезировать участок ДНК, собрав разрозненные гены с однообразными функциями (репарации ДНК, формирования мембран, синтеза белка и т. д.) в кластеры.
И в этом опыте клетка не погибла — по крайней мере, в лабораторных условиях.
Мировая научная общественность в обязательном порядке покажет интерес к синтетическому организму, созданному врачом Вентером. Вероятнее, это синтетическое живое существо не может соперничать с бактериями, живущими в естественных условиях, но, с позиций биотехнологии, данное его свойство может именно появляться преимуществом, потому, что обязательно успокоит людей, опасающихся того дня, в то время, когда всякие модифицированные микробы внезапно вырвутся наружу через двери лабораторий и посеют панику.
Принесет ли пользу — как с практической, так и с теоретической точки зрения — организм, владеющий минимальным геномом и синтезированный командой ученых под управлением врача Вентера? Этого мы пока не знаем. Но один хороший итог уже налицо: в отечественное непростое время, в то время, когда фундаментальная наука, мягко говоря, не столь популярна, деятельность врача Вентера как и раньше завлекает к себе повышенное внимание.
