O experimento de maior escala (quantitativa e qualitativamente) de modificação genética de um organismo eucariótico continua.
Um grupo internacional de mais de 200 cientistas
publicou na revista Science os últimos resultados do
Projeto de Fermento Sintético (Sc2.0) , cujo objetivo final é criar
fermento de padeiro com um genoma totalmente sintético. Atualmente, 6 cromossomos foram sintetizados, substituindo seus equivalentes naturais. Os organismos resultantes de Saccharomyces cerevisiae são bastante viáveis e têm várias propriedades de projeto complexas predeterminadas.
Eucariotos - "nuclear normal" - organismos nos quais o material genético está encerrado em uma organela separada, cercada por uma membrana da membrana, - o núcleo. Em termos simplificados, todos os seres vivos que não são bactérias (eles não têm núcleo) são eucariotos. O fermento é um organismo eucariótico exemplar para uma pessoa comum (lembre-se de como são feitos o pão e a cerveja) e para um biotecnólogo. Sendo o chamado organismo modelo, o fermento possui as melhores propriedades para estudar os processos básicos da vida celular eucariótica. Não surpreende, respectivamente, a escolha do corpo pela equipe Sc2.0 para essas intervenções sem precedentes.
O princípio básico do projeto do novo genoma, declarado pela equipe, é alcançar um equilíbrio entre manter o fenótipo "espécie selvagem" (características externas da variante natural da subespécie S288C), introduzir "motilidade" genômica induzida e remover fontes de instabilidade genômica.
Cromossomos designados para a síntese de subcomandosA conservação do fenótipo é alcançada preservando os próprios genes. Eles decidiram não mudar sua ordem e número nos cromossomos, com exceção de certos grupos específicos importantes.
A indução de “mobilidade” genômica é alcançada através do sistema de recombinação SCRaMbLE, que embaralha regiões cromossômicas quando um sinal específico é aplicado a regiões loxPsym especialmente introduzidas no genoma em locais estratégicos. Isso possibilita a simulação de um dos mecanismos “grandes” globais de evolução na escala de todo o genoma. Ao mesmo tempo, os cientistas tentaram remover uma fonte de evolução genômica em grande escala, como os elementos móveis, que, sob certas condições, “copiam e colam” ou “catpast” com resultados imprevisíveis. Podemos dizer que os cientistas adotaram a macroevolução do genoma das leveduras das mãos do acaso.
Outras mudanças no próprio código incluem a alocação de genes de RNA de transferência para um neocromossomo separado, a remoção de muitos íntrons, a inclusão de tags especiais no genoma para a conveniência de distinguir cromossomos sintéticos e naturais nas células e a inclusão de seções especiais para simplificar a montagem do cromossomo. A distância média entre as regiões que distinguem o genoma sintético do natural é pequena - cerca de 400 pares de bases de DNA.
A síntese, apesar de todo o seu revolucionismo, não se deu do zero, mas pela remoção e fixação de novas regiões aos cromossomos naturais (recombinação hierárquica). Para acelerar o processo, diferentes cromossomos foram designados para a síntese de subcomandos em diferentes países. A montagem de vários cromossomos artificiais em uma célula também ocorre hierarquicamente.
Usando métodos de fenotipagem, genômica estrutural e funcional, os cientistas estavam convencidos do funcionamento normal do fermento sintético. Um desses métodos para monitorar o sucesso de um projeto é a análise de contato dos cromossomos. O moderno método Hi-C nos permite analisar a estrutura interna do núcleo, calculando as probabilidades de contatos cromossômicos entre si e entre si em diferentes áreas. A versão tridimensional dessa visualização mostrou claramente que os cromossomos artificiais, apesar de encurtarem (íntrons removidos) e inserções de design, ocupam posições no núcleo semelhantes às suas contrapartes naturais. Na ilustração abaixo, cada cromossomo é um par de ramos de diferentes comprimentos pendurados em um determinado ponto ao longo de seu comprimento - o centrômero (círculos brancos na parte superior de A). Os cromossomos artificiais destacados em cores em B, C e D geralmente geralmente correspondem aos seus equivalentes em A na posição e orientação. Deve-se notar que essa visualização é precisamente a probabilística média de bilhões de células, de modo que não são as “posições” dos ramos que são mostradas, mas algo remotamente associado ao quadrado do módulo de função psi na mecânica quântica.
O trabalho de montagem foi e está sendo realizado “de baixo para cima”, com modelagem computacional completa, síntese passo a passo das seções com depuração subsequente. No momento, a equipe não encontrou sérios erros fundamentais que colocariam em dúvida a possibilidade de um projeto ou a base teórica do design.
Projeto de Levedura Sintética - o "ato de criação" mais significativo de uma pessoa viva até hoje. O fermento agora se tornará não apenas o eucariota mais estudado, mas também o ponto de apoio, graças ao qual você pode aprender criando. O livro da vida dificilmente pode ser entendido sem tentar escrevê-lo.
A equipe planeja concluir a montagem do corpo até o final de 2017.