211service.com
Syntetisera ett genom från grunden
I en teknisk tour de force, forskare vid J. Craig Venter Institute , i Rockville, MD, har syntetiserat bakteriens genom Mycoplasma genitalium helt från grunden. Prestationen är ett språngbräde i att skapa exakt konstruerade mikrobiella maskiner som kan generera biobränslen och utföra andra användbara funktioner.
Syntetiska genom: Här visas en cirkulär bit av DNA som syntetiserats från grunden - det första bakteriegenomet som skapades på detta sätt.
Det är verkligen banbrytande att man syntetiskt kan bygga ett genom för en bakterie, säger Chris Voigt , en syntetisk biolog vid University of California, San Francisco, som inte var involverad i projektet. Det är större i storleksordningar än vad som har gjorts tidigare.
Biologer som skapar genetiskt modifierade organismer beställer nu rutinmässigt bitar av DNA som är 10 000 till 20 000 baspar långa – tillräckligt stora för att införliva generna för en enda metabolisk väg. Det gör det möjligt för forskare att konstruera mikrober som kan utföra specifika uppgifter, men förmågan att syntetisera hela genom kan ge en helt ny nivå av kontroll över biologisk design. (Se Tumor-Killing Bacteria.)
I den nya studien beställde forskare 101 DNA-fragment, som omfattar hela Mykoplasma genom, från kommersiella DNA-syntesföretag. Dessa fragment designades så att var och en överlappade sin närliggande sekvens med en liten mängd; dessa överlappande sträckor håller ihop, tack vare DNA:s kemiska egenskaper. Forskare band sedan fragmenten bit för bit och genererade så småningom hela 582 970 baspar Mykoplasma sekvens. Resultaten publicerades på torsdagen i onlineupplaga av Vetenskap .
Vi betraktar detta som ett andra och betydelsefullt steg i en trestegsprocess i vårt försök att skapa den första syntetiska organismen, säger Craig Venter, ordförande för Venter Institute. Venter och hans kollegor vill i slutändan skapa ett minimalt genom - ett med det minsta antalet gener som behövs för att upprätthålla liv. Att fastställa det minimala genomet kommer både att belysa viktiga cellulära processer och ge en bas för att designa sofistikerade syntetiska organismer. Vi vill i slutändan designa celler som kan fungera på ett robust sätt för att göra unika biobränslen, säger Venter.
Forskarnas nästa steg blir att visa att det syntetiska genomet fungerar som det ska. Vi har hela genomet samlat i ett rör, men vi måste transplantera det in i cellen av en annan art för att visa att det kan starta om cellen, säger Hamilton Smith, nobelpristagare som övervakade projektet vid Venter Institute. Förra året transplanterade Smiths grupp genomet från en art av Mykoplasma till en annan, vilket visar att denna typ av transplantation är möjlig. (Se Transplantera ett genom.)
Även om syntesen av ett genom kan vara imponerande ur ett vetenskapligt perspektiv, är det ännu inte ett praktiskt sätt att konstruera mikrober för att göra biobränslen. Istället har flera företag, bl.a Syntetisk genomik , ett biotechföretag som grundades av Venter för att konstruera mikrober för energi, använder mer traditionella metaboliska ingenjörstekniker för att generera bränsleproducerande bakterier. (Se Bygga bättre biobränslen.) Det vi gör med syntetiska kromosomer kommer att vara designprocessen för framtiden, säger Venter.
Andra i fältet är exalterade över den möjligheten. Att kunna syntetisera genom öppnar upp en ny värld, säger Voigt. Du kan bygga saker på skalan av genomet. Till exempel, säger han, gör forskare nu bakterier för att utföra olika steg i omvandlingen av biomassa till etanol - en stam för att bryta ner biomassan, en annan för att göra etanol. Men idealiskt sett skulle forskare kunna sätta ihop dessa processer för att skapa en organism som kunde äta biomassa och spotta ut bränsle. (Se Pris av Biobränslen .) Det skulle kräva design i genomskala, säger Voigt.
Han liknar det aktuella projektet, som krävde flera steg för att limma ihop fragmenten, med de sista datorerna som designades innan automatiserad tillverkning och mikrotillverkningstekniker introducerades. Liknande framsteg behövs för mer ambitiösa genomsyntesprojekt. Vi behöver fortfarande utveckla 'ettstegs' genomkonstruktionsmetoder för att minska kostnaderna och omloppstiden för genomkonstruktionen, säger Drew Endy, en syntetisk biolog vid MIT.