211service.com
Designerkromosomer pekar på nya syntetiska livsformer
Forskare försöker skapa jästceller, som visas ovan, med helt artificiellt DNA.
Ett internationellt team av forskare närmar sig sitt mål att ersätta allt genetiskt material i en jästcell med designer-DNA tryckt i ett labb. Ansträngningen att förse bagerjäst med konstgjorda kromosomer signalerar ett steg mot vad biologer säger är teknik för att skriva ut förbättrade eller helt nya livsformer i laboratoriet.
Projektet, kallat Synthetic Yeast 2.0, eller Sc2.0 kort sagt involverar cirka 200 forskare vid 10 universitet. Som rapporterats idag i Vetenskap , ersatte de mödosamt fem av jästens 16 kromosomer med konstgjorda kopior, som hade konstruerats med förändringar som kunde göra dem mer lämpade för att producera läkemedel eller biobränslen.
Det vi gör är i huvudsak att påskynda evolutionen, säger Jef Boeke från New York Universitys Langone Medical Center, som har lett det pågående projektet.
I kombination med den första syntetiska jästkromosomen, som tidigare skapats av samma team, utgör strukturerna mer en tredjedel av jästgenomet.
Arbetet bygger på teknik för tillverkning av DNA-strängar i laboratoriet. Boeke sa att hans team hade köpt DNA från kommersiella leverantörer och spenderat cirka 10 cent för varje DNA-brev. I den takten skulle det kosta cirka 1,25 miljoner dollar att täcka hela jästgenomet, men hela kostnaden för ansträngningen, inklusive arbetskraft, är mycket högre.
Syntetjästprojektet är grunden för en mycket mer ambitiös satsning som kallas Genome Project-Write , som Boeke också är en del av. Det syftar till att skapa ett helt syntetiskt växt- eller djurgenom, möjligen det från en människa, även om det ännu inte har fått den nödvändiga finansieringen. Förra året väckte dessa planer stark kritik från andra forskare, som sa att ett sådant åtagande var orealistiskt, skulle väcka etiska frågor om designers människor och inte hade varit helt genomtänkt.
Ansträngningen att skapa syntetiska livsformer bygger på idéer som först demonstrerades 2010 av forskare vid J. Craig Venter Institute i Rockville, Maryland, som ersatte genomet av en bakterie som kallas Mycoplasma mycoides med en kopia de byggt i labbet.
Men jäst är en tuffare utmaning. De encelliga organismerna innehåller mycket mer DNA än bakterier, och det är vridet till kromosomer som var och en innehåller flera hundra till tusentals gener. Ledare för ansträngningen, inklusive Boeke och Joel Bader från Johns Hopkins University, uppskattar att de inom två år kommer att ersätta alla 16 kromosomer i jäst med konstgjorda kopior och kommer också att skapa en extra, 17:e kromosom.
För att skapa de konstgjorda kromosomerna har Sc2.0-forskarna gått stegvis tillväga och gradvis ersatt bitar av genetiskt material med DNA-strängar syntetiserade med maskin och sedan kontrollerat om jästen förblir frisk. Deras arbete, inklusive deras ansträngningar att felsöka återuppbyggda kromosomer, beskrivs idag i sju forskningsartiklar .
Även om Boeke och hans team mestadels kopierade DNA-sekvensen som redan fanns i jäst, ändrade de den också på flera sätt, inklusive att ta bort skräpgener som inte har någon uppenbar funktion och överföra stora DNA-sträckor från en kromosom till en annan. Överraskande nog växte jästen fortfarande normalt, även efter betydande förändringar. Forskarna lade också till genetiska bakdörrar för att skapa jäst som kommer att bli lättare att manipulera i framtiden.
Daniel Gibson, en forskare vid Synthetic Genomics i La Jolla, Kalifornien, tror att teknikerna som används av jästteamet ännu inte är tillräckligt avancerade för att bygga ett artificiellt mänskligt genom. För det första skulle det nödvändiga DNA kosta runt 300 miljoner dollar, enligt vissa uppskattningar. Han tonade också ner oro över de potentiella miljöeffekterna av konstgjorda organismer. För nu, säger Gibson, är syftet med dessa organismer att de ska odlas i en laboratoriemiljö.
En dag kan dock designers mänskliga kromosomer ha en roll i avancerade genbehandlingar, enligt vissa forskare. För närvarande involverar genterapier vanligtvis att ersätta en enda gen i en persons kropp. Men forskare tror att en liten konstgjord kromosom kan användas för att ersätta hela nätverk av felaktiga gener.
Pamela Silver, en bioingenjör vid Harvard vars labb försöker bygga en konstgjord mänsklig kromosom, säger att hon hoppas att forskare en dag kan enkelt designa och bygga kromosomer utan att behöva ett stort team av forskare.
Men den dagen är fortfarande långt borta, säger hon: Oavsett vad du ska syntetisera, kommer du att behöva ett tekniskt språng för att göra det snabbare och bättre än vad det är idag.