L'expérience à plus grande échelle (quantitative et qualitative) de la modification génique d'un organisme eucaryote se poursuit.
Un groupe international de plus de 200 scientifiques a
publié dans la revue Science les derniers résultats du
Synthetic Yeast Project (Sc2.0) , dont le but ultime est de créer de
la levure de boulangerie avec un génome entièrement synthétique. À l'heure actuelle, 6 chromosomes ont été synthétisés, qui ont remplacé leurs homologues naturels. Les organismes Saccharomyces cerevisiae résultants sont tout à fait viables et ont plusieurs propriétés de conception complexes prédéterminées.
Eucaryotes - "nucléaire normal" - organismes dans lesquels le matériel génétique est enfermé dans un organite séparé, entouré d'une membrane membranaire, - le noyau. En termes simplifiés, tous les êtres vivants qui ne sont pas des bactéries (ils n'ont pas de noyau) sont des eucaryotes. La levure est un organisme eucaryote exemplaire à la fois pour la personne moyenne (rappelez-vous juste comment le pain et la bière sont fabriqués) et pour le biotechnologue. En tant que soi-disant organisme modèle, la levure possède les meilleures propriétés pour étudier les processus de base de la vie des cellules eucaryotes. Pas surprenant, respectivement, est le choix du corps par l'équipe Sc2.0 pour de telles interventions sans précédent.
Le principe de conception de base du nouveau génome, déclaré par l'équipe, est de parvenir à un équilibre entre le maintien du phénotype "espèce sauvage" (caractéristiques externes de la variante naturelle de la sous-espèce S288C), l'introduction de la "motilité" génomique induite et l'élimination des sources d'instabilité génomique.
Chromosomes désignés pour la synthèse des sous-commandesLa conservation du phénotype est obtenue en préservant les gènes eux-mêmes. Ils ont décidé de ne pas modifier leur ordre et leur nombre sur les chromosomes, à l'exception de certains groupes spécifiques importants.
L'induction de la «mobilité» génomique est obtenue grâce au système de recombinaison SCRaMbLE, qui mélange les régions chromosomiques lorsqu'un signal spécifique est appliqué aux régions loxPsym spécialement introduites dans le génome à des sites stratégiques. Cela permet de simuler l'un des «grands» mécanismes globaux d'évolution à l'échelle du génome entier. Dans le même temps, les scientifiques ont tenté de supprimer une source d'évolution génomique à si grande échelle que les éléments mobiles qui, dans certaines conditions, se «copient-collent» ou se «catpastent» avec des résultats imprévisibles. Nous pouvons dire que les scientifiques ont pris la macroévolution du génome de la levure des mains du hasard dans les leurs.
D'autres modifications du code lui-même incluent l'attribution de gènes d'ARN de transfert à un néochromosome séparé, la suppression de nombreux introns, l'inclusion d'étiquettes spéciales dans le génome pour la commodité de distinguer les chromosomes synthétiques et naturels dans les cellules, et l'inclusion de sections spéciales pour simplifier l'assemblage des chromosomes. La distance moyenne entre les régions qui distinguent le génome synthétique du génome naturel est petite - environ 400 paires de bases d'ADN.
La synthèse, malgré tout son révolutionnisme, n'a cependant pas eu lieu à partir de zéro, mais en supprimant et en attachant de nouvelles régions aux chromosomes naturels (recombinaison hiérarchique). Pour accélérer le processus, différents chromosomes ont été affectés à la synthèse des sous-commandes dans différents pays. L'assemblage de plusieurs chromosomes artificiels dans une cellule se produit également de manière hiérarchique.
En utilisant des méthodes de phénotypage, de génomique structurale et fonctionnelle, les scientifiques étaient convaincus du fonctionnement normal de la levure synthétique. L'une de ces méthodes de suivi du succès d'un projet est l'analyse par contact des chromosomes. La méthode Hi-C moderne nous permet d'analyser la structure interne du noyau en calculant les probabilités de contacts chromosomiques entre eux et entre eux dans différentes zones. La version tridimensionnelle d'une telle visualisation a clairement montré que les chromosomes artificiels, malgré leur raccourcissement (introns retirés) et les inserts de conception, occupent des positions dans le noyau similaires à leurs homologues naturels. Dans l'illustration ci-dessous, chaque chromosome est une paire de branches de différentes longueurs suspendues à un certain point sur sa longueur - le centromère (cercles blancs en haut sur A). Les chromosomes artificiels mis en évidence en couleur sur B, C et D correspondent généralement de manière unique à leurs homologues sur A en position et en orientation. Il convient de noter que cette visualisation est précisément la moyenne probabiliste sur des milliards de cellules, de sorte que ce ne sont pas les «positions» des branches qui sont affichées, mais quelque chose associé à distance au carré du module de fonction psi en mécanique quantique.
Le travail d'assemblage a été et est effectué «de bas en haut», avec simulation informatique complète, synthèse pas à pas des sections avec débogage ultérieur. Pour le moment, l'équipe n'a pas rencontré de bugs fondamentaux graves qui remettraient en cause la possibilité d'un projet ou la base théorique de la conception.
Projet de levure synthétique - l'acte de création le plus important d'une personne vivante aujourd'hui. La levure deviendra désormais non seulement l'eucaryote le plus étudié, mais aussi le pivot, grâce auquel vous pourrez apprendre en créant. Le livre de vie peut difficilement être compris sans essayer de l'écrire.
L'équipe prévoit de terminer l'assemblage du corps d'ici la fin de 2017.