Syntetičtí biologové radikálně přepsali bakterii E. coli

Už známe mnoho různých genomů a začínáme se orientovat v tom, jak fungují. A také už máme k dispozici různé nástroje, kterými je možné genomy měnit. V takové situaci je těžké odolat pokušení, abychom si s genomy začali hrát. Pěkně si vyzkoušet, co která změna způsobí, co je možné vystřihnout a co naopak musí zůstat na svém místě. Z genomů rozmanitých organismů se teď stala pískoviště pro syntetické biology.

A syntetičtí biologové do toho jdou naplno. Svědčí o tom nová studie, kterou nedávno zveřejnil respektovaný časopis Science. Slavný molekulární inženýr George Church z Harvardu se s početným týmem kolegů pustil do přepisování genomu oblíbené bakterie E. coli. Výsledkem jejich snažení je bakterie, které přepsali 3,8 procent párů bází genomu. Možná to nevyzní tak dramaticky, jde ale o doopravdy hodně písmen DNA. A svým výkonem badatelé ustanovili nový rekord ve vytvoření nejvíce přepsaného bakteriálního genomu všech dob.

Church a spol. byli skutečně radikální. Dokázali nahradit 7 z celkového počtu 64 kodonů, kterými organismy kódují aminokyseliny při syntéze proteinů. Některé kodony ale kódují stejné aminokyseliny a Churchův tým to teď u přepsané bakterie E. coli zjednodušil. Vědci se zatím nesnažili o nic zásadně převratného. Jen všem předvedli, že to jde, a i takové radikální věci jsou v našich silách. Teď už je jasné, že brzy bude možné vyrábět organismy s novými vlastnostmi. Například budeme moci vytvořit bakterie, které budou velmi slušně odolné vůči virům. Přepsaná E. coli rovněž může posloužit jako svého druhu prototyp pro rozjíždějící se projekt Human Genome Project – Wire, který zahrnuje syntetizování kompletního lidského genomu. Churchův tým zatím nevytvořil tento nový genom vcelku, ale v podobě 55 fragmentů DNA, přičemž každý z nich má délku 50 tisíc párů bází. Teď vědci postupně zkoušejí tyto fragmenty sestavit do jedné funkční bakterie, což jim může trvat pár měsíců nebo pár let.

Syntetický biolog Farren Isaacs z Yale prohlásil, že zjednodušení systému kodonů ze 64 na 57 je dramatický posun od přírody k syntetické biologii. Krásně to podle něj dokazuje tvárnost genetického kódu, a také to napovídá, jak v blízké době budeme z přečtených genomů extrahovat celé biologické funkce, upravovat je podle svého, a pak je zase vkládat do rozmanitých organismů. V Churchově laboratoři už před časem dokázali, že je možné přimět E. coli, aby do svého metabolismu zabudovala aminokyseliny, které se v organismech jinak nevyskytují. Takto přeprogramované mikroorganismy jsou vysoce rezistentní vůči virům, protože viry kořistí z univerzálního genetického systému všech přírodních organismů. A když organismus používá jiný systém, tak mají viry smůlu. Přeprogramované organismy také mohou být zcela závislé na syntetických aminokyselinách. Pak je prakticky vyloučeno, že by takový organismus uprchl z laboratoře a dělal problémy někde v okolí.

Tým další významné postavy syntetické biologie, Craiga Ventera ze stejnojmenného institutu, letos v březnu ohlásil vytvoření syntetického genomu pro buňky JVCI-syn1.0. Jenomže organismus JVCI-syn1.0 je založený na mykoplazmě a minimalistický genom mykoplazmy je co do velikosti v porovnání s E. coli k smíchu. Takže je to Church a spol. kdo vybudoval rekordně velký syntetický genom a kdo udělal v genomu organismu nejvíc funkčních změn. Přepsání genomu E. coli Churchem a spol. prý bylo velmi náročné. Ještě před pár lety by to pravděpodobně vůbec nebylo možné. Jenže molekulární inženýrství a syntetická biologie se rozvíjejí tak rychle, že brzy můžeme očekávat více takových ambiciózních projektů.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použitá literatura:

Původní zdroj: Science 353: 819-822.

Sekundární zdroj: Nature News 18. 8. 2016.