الكائنات المعدلة وراثيًا في نهاية المطاف: الخميرة مع الكروموسومات الاصطناعية بالكامل

تستمر التجربة الأوسع نطاقًا (من حيث الكم والنوع) لتعديل الجينات للكائن الحقيقي النواة.

نشرت مجموعة دولية تضم أكثر من 200 عالم في مجلة Science أحدث نتائج مشروع الخميرة الاصطناعية (Sc2.0) ، والهدف النهائي منها هو إنشاء خميرة الخباز بجينوم اصطناعي بالكامل. في الوقت الحاضر ، تم تصنيع 6 كروموسومات ، والتي حلت محل نظيراتها الطبيعية. إن الكائنات الحية الناتجة من Saccharomyces cerevisiae قابلة للحياة تمامًا ولها العديد من خصائص التصميم المعقدة المحددة مسبقًا.

حقيقيات النوى - "نووي طبيعي" - كائنات تكون فيها المادة الجينية محصورة في عضية منفصلة ، محاطة بغشاء غشاء ، - النواة. بعبارات مبسطة ، فإن جميع الكائنات الحية التي ليست بكتيريا (ليس لها نواة) هي حقيقيات النوى. الخميرة هي كائن حقيقي حقيقي النواة لكل من الشخص العادي (فقط تذكر كيف يصنع الخبز والجعة) ولطبيب التكنولوجيا الحيوية. كونها ما يسمى بالكائن النموذجي ، تمتلك الخميرة أفضل الخصائص لدراسة العمليات الأساسية لحياة الخلية حقيقية النواة. لا عجب ، على التوالي ، اختيار الجسم من قبل فريق Sc2.0 لمثل هذه التدخلات غير المسبوقة.

مبدأ التصميم الأساسي للجينوم الجديد ، الذي أعلنه الفريق ، هو تحقيق التوازن بين الحفاظ على النمط الظاهري "الأنواع البرية" (الخصائص الخارجية للمتغير الطبيعي للنوع الفرعي S288C) ، وإدخال "حركية" الجينوم المستحث وإزالة مصادر عدم الاستقرار الجينومي.



الكروموسومات المخصصة لتوليف الأوامر الفرعية

يتم الحفاظ على النمط الظاهري من خلال الحفاظ على الجينات نفسها. قرروا عدم تغيير ترتيبهم ورقمهم في الكروموسومات ، باستثناء مجموعات معينة مهمة.

يتم تحقيق "الحركة" الجينومية من خلال نظام إعادة التركيب SCRaMbLE ، الذي يعمل على خلط مناطق الكروموسوم عند تطبيق إشارة محددة على مناطق loxPsym التي تم إدخالها خصيصًا في الجينوم في المواقع الاستراتيجية. وهذا يجعل من الممكن تمكين محاكاة واحدة من آليات التطور "الكبيرة" العالمية على نطاق الجينوم بأكمله. في الوقت نفسه ، حاول العلماء إزالة مصدر واسع النطاق للتطور الجينومي مثل العناصر المتحركة ، والتي ، في ظل ظروف معينة ، "لصق النسخ" أو "catpast" نفسها مع نتائج غير متوقعة. يمكننا القول أن العلماء أخذوا التطور الكلي لجينوم الخميرة من أيدي المصادفة إلى أيديهم.

تتضمن التغييرات الأخرى في الشفرة نفسها تخصيص جينات نقل الحمض النووي الريبي إلى جزيء أحادي اللون منفصل ، وإزالة العديد من الإنترونات ، وإدراج علامات خاصة في الجينوم لتسهيل تمييز الكروموسومات الاصطناعية والطبيعية في الخلايا ، وإدراج أقسام خاصة لتبسيط تجميع الكروموسومات. متوسط ​​المسافة بين المناطق التي تميز الجينوم الاصطناعي عن الجينوم الطبيعي صغير - حوالي 400 زوج أساسي من الحمض النووي.

التوليف ، على الرغم من كل ثوريته ، لم يحدث من الصفر ، ولكن عن طريق إزالة وربط مناطق جديدة بالكروموسومات الطبيعية (إعادة التركيب الهرمي). لتسريع العملية ، تم تعيين كروموسومات مختلفة لتجميع أوامر فرعية في بلدان مختلفة. يتم أيضًا تجميع العديد من الكروموسومات الاصطناعية في خلية واحدة بشكل هرمي.

باستخدام طرق التنميط الظاهري ، وعلم الجينوم البنيوي والوظيفي ، اقتنع العلماء بالأداء الطبيعي للخميرة الاصطناعية. واحدة من هذه الأساليب لرصد نجاح المشروع هي تحليل الاتصال من الكروموسومات. تسمح لنا طريقة Hi-C الحديثة بتحليل البنية الداخلية للنواة عن طريق حساب احتمالات اتصالات الكروموسوم مع بعضها البعض ومع بعضها البعض في مناطق مختلفة. أظهرت النسخة ثلاثية الأبعاد لمثل هذا التصور بوضوح أن الكروموسومات الاصطناعية ، على الرغم من تقصيرها (إزالة الإنترونات) وإدراج المصمم ، تحتل مواقع في النواة مشابهة لنظيراتها الطبيعية. في الرسم التوضيحي أدناه ، كل كروموسوم عبارة عن زوج من الفروع ذات أطوال مختلفة تتدلى من نقطة معينة على طولها - الوسط (الدوائر البيضاء في الأعلى على A). تتوافق الكروموسومات الاصطناعية المميزة بالألوان على B و C و D بشكل عام مع نظيراتها على A في الموضع والتوجه. وتجدر الإشارة إلى أن هذا التصور هو بالضبط الاحتمالية التي تم حسابها على مدى مليارات من الخلايا ، بحيث لا تكون "مواضع" الفروع التي يتم عرضها ، بل شيء يرتبط عن بعد بمربع وحدة دالة psi في ميكانيكا الكم.



تم عمل التجميع ويجري "من الأسفل إلى الأعلى" ، مع النمذجة الكاملة للكمبيوتر ، والتوليف خطوة بخطوة للأقسام مع التصحيح اللاحق. في الوقت الحالي ، لم يواجه الفريق أخطاء أساسية خطيرة من شأنها أن تشكك في إمكانية مشروع أو الأساس النظري للتصميم.

مشروع الخميرة الاصطناعية - أهم "فعل خلق" لشخص حي حتى اليوم. لن تصبح الخميرة الآن فقط حقيقيات النوى التي تمت دراستها ، ولكن أيضًا نقطة ارتكاز ، والتي بفضلها يمكنك التعلم من خلال الإنشاء. بالكاد يمكن فهم كتاب الحياة دون محاولة كتابته.

يخطط الفريق لاستكمال تجميع الجسم بنهاية عام 2017.