211service.com
Transplantera ett genom
Glöm njurar och hjärtan: genomikpionjären J. Craig Venter har gått i spetsen för ett mycket mindre transplantationsförfarande. Forskare vid J. Craig Venter Institute , i Maryland, har överfört ett helt genom från en bakterie till en annan. De säger fynden, som beskrivs i dag i tidskriften Vetenskap , markerar ett betydande framsteg mot målet att skapa syntetiska genom. Venter och hans kollegor siktar i slutändan på att bygga genom från grunden och transplantera dem till bakterieceller för att skapa skräddarsydda, bränsleproducerande mikroorganismer.
Pioneer bugg: J. Craig Venter tillkännagav denna vecka att hans institut har transplanterat ett bakteriegenom och omvandlat en art till en annan. Den nedre bilden visar de transformerades kolonier Mycoplasma mycoides bakterie.
Detta papper är ett landmärke inom biologisk ingenjörskonst, sa Barbara Jasny , Vetenskap biträdande redaktör, vid en presskonferens på onsdagen. Det tar oss från förmågan att flytta en gen eller en uppsättning gener till förmågan att flytta ett intakt genom.
Forskare började med två arter av mykoplasma, en typ av bakterier som saknar cellväggar och har mycket små genom. De isolerade sedan DNA från en art, som hade fått en extra gen för att göra den resistent mot ett antibiotikum, och transplanterade den genom cellmembranet hos den andra arten. När värdbakterierna växte och delade sig i närvaro av detta antibiotikum försvann celler som bar de ursprungliga kromosomerna, vilket bara lämnade kvar celler som innehöll den transplanterade kromosomen. Det viktigaste är att värdbakterien antog donatorns molekylära egenskaper. Hela proteinrepertoaren förändras, sa Venter på presskonferensen.
För Venters team är genomtransplantationen ett steg mot att konstruera mikrobiella maskiner för att effektivt producera bränsle. Forskarna försöker för närvarande sy ihop en syntetisk version av genomet av Mycoplasma genitalium , en bakterie som finns i människans könsorgan, som Venters grupp har studerat i mer än ett decennium. Genom att omordna eller ta bort specifika delar av det syntetiska genomet och infoga det i en bakterievärd bör forskare kunna ta reda på vilka gener som är avgörande för att organismen ska fungera – i huvudsak det minimala genomet. Detta minimala genom kunde sedan modifieras för att bära bränsleproducerande gener, och hela DNA-strängen kunde transplanteras in i en bakteriell bärare.
Utöver forskningen vid sitt institut har Venter också grundat en Maryland-baserad startup som heter Syntetisk genomik . (Se Bygga en bugg för att skörda olja.) Företaget, som arbetar med BP, hoppas kunna kommersialisera bakterier för energitillämpningar.
Men vissa forskare ifrågasätter om ett minimalt genom är nödvändigt för att konstruera användbara bakterier. Det är inte klart varför en minimal cell eller en cell konstruerad genom helgenomtransplantation skulle vara mer kostnadseffektiv än att bara infoga eller ändra några få gener i ett mer robust genom, säger George kyrka , en genetiker vid Harvard Medical School, i Boston. Han påpekar att syntetisering av även det minsta genomet skulle kosta uppskattningsvis 10 miljoner dollar med dagens teknologi. Faktum är att andra företag mixar med befintliga mikrober för att konstruera biologiska bränslefabriker. (Se Ett bättre biobränsle.)
Venter sa dock att hans tillvägagångssätt skulle eliminera inneboende biologiska egenskaper som gör omfattande biologisk ingenjörskonst besvärlig. Till exempel kan en icke-essentiell metabolisk process suga bort en molekylär prekursor som behövs för bränsleproduktion. Dessutom, sade Venter, har befintliga organismer en snabb förmåga att utvecklas. Inom syntetisk biologi vill du inte ha ett system som självt utvecklas till något annat. Vi vill eliminera dessa element från cellen från början.
Tekniken för genomisk överföring liknar nukleär överföring – som används för att klona fåret Dolly – där kärnan i en vuxen cell överförs till ett ägg. Men att få processen att fungera i bakterier har varit svårare. Forskare spekulerar i att nukleära proteiner som överförs tillsammans med DNA under kärnöverföring kan hjälpa processen. Bakterier har ingen kärna, och i detta experiment överfördes endast DNA till värdcellen. Forskare gjorde detta med avsikt för att visa att endast DNA behövdes för att framgångsrikt omprogrammera värdbakterien – en egenskap som kommer att vara nödvändig när forskare är redo att transplantera helt syntetiska genom.
Forskare förstår inte helt hur genomöverföringen fungerade, särskilt hur värdgenomet försvann. Och det är ännu inte klart hur väl tekniken kommer att fungera i andra bakterier eller i mer komplexa organismer. De flesta bakterier har en försvarsmekanism som hackar upp allt främmande DNA som kommer in i cellen, så forskare skulle behöva hitta ett sätt att blockera de DNA-nedbrytande enzymerna i varje art innan de framgångsrikt kunde transplantera främmande genom till dem.