Syntetičtí biologové vytvořili 5 chromozómů kvasinky

Slavný fyzik Richard Feynman po sobě zanechal větu o tom, že co nemůže vytvořit, tomu vlastně nerozumí. A jeho slova si vzali k srdci syntetičtí biologové, kteří zkoumají živé organismy tím, že si jejich součásti vyrábějí anebo si je různě upravují v laboratoři. Zkoumají metabolismus buněk, zasahují do něj, přidávají anebo ubírají produkty, které daný organismus dovede vytvořit. A v poslední době už syntetičtí biologové přepisují a tvoří velké části genomů organismů. 

Není to tak dávno, co jsme byli svědky vytvoření minimálního bakteriálního genomu, kdy badatelé omezili genom drobné parazitické bakterie Mycoplasma genitalium na pouhých 473 genů. Byl to významný počin, i když nejde o minimální genom průměrné volně žijící bakterie, nýbrž specializovaného vnitrobuněčného parazita, který je sám o sobě velmi redukovaný a nemůže na samostatný život bez hostitele ani pomyslet.

Minulý týden se v prestižním vědeckém časopise Science objevila série článků, která popisuje úspěšnou konstrukci celkem 5 syntetických chromozómů kvasinky. Na tomto výzkumu se podílelo velké konsorcium vědců a institucí, jehož cílem je navrhnout a vytvořit plně syntetický genom oblíbené laboratorní kvasinky Saccharomyces cerevisiae. Tento projekt běží již několik let. Vědci začali nejprve s konstrukcí ramen chromozómů kvasinky, poté vznikl i první umělý chromozóm kvasinky. Teď se jim povedlo nasyntetizovat 5 dalších chromozómů, čímž se dostali na více než třetinu kompletního genomu kvasinky.

Syntetičtí biologové postupovali tak, že nejprve vytvořili řetězce DNA o délce 700 až 2 000 párů bází. Tyto kousky pospojovali do bloků o délce 10 kilobází, které pak následně chemicky slepili do megabloků o délce 30 až 60 kilobází. Výsledné kusy DNA nakonec postupně vložili do genomu kvasinky.

Jak by se dalo očekávat, nejde o zbrusu nové sekvence DNA. Ve skutečnosti to jsou v podstatě jenom nově nasyntetizované původní chromozómy, které zahrnují určité úpravy. Vědci přesunuli geny pro tRNA na jiné místo v chromozómech, odstranili repetitivní sekvence, které zamořují DNA většiny eukaryot, a nahradili stop kodony TAG za stop kodony TAA. Tím ponechali kodon TAG volný k dalšímu experimentování, například ke vložení neobvyklé aminokyseliny. Asi nejvýznamnějším zásahem do sekvence syntetizovaných chromozómů bylo vložení rekombinačních míst po každých 10 kilobázích a za každým otevřeným čtecím rámcem, který není životně důležitý. Díky tomu je nově vzniklý genom pěkně tvárný a teď se s těmito kvasinkami bude skvěle pracovat v experimentech s řízenou evolucí a dalších experimentech.

Co můžeme čekat příště? Konsorcium Synthetic Yeast 2.0 hodlá vytvořit plně syntetický genom kvasinek do konce letošní roku. Neznamená to ale, že hned budou k dispozici kmeny kvasinek s plně syntetizovanou DNA. Na tom se zřejmě ještě bude dál pracovat. Genomy buněk jsou velmi složité komplexy s mnoha nejasnými vztahy a interakcemi, takže se mohou objevit nečekané problémy.

Dlouhodobým cílem syntetických biologů je rutinně vytvářet organismy se syntetizovaným genomem pro výzkumné laboratoře a organizace. K tomu jsme teď o dost blíže než minulý rok, ale zřejmě to ještě pár let potrvá. Také to stále ještě není úplně levná záležitost. Samotné náklady na syntetizování kompletní DNA kvasinky se pohybují kolem 1 až 1,5 milionu dolarů. Nepochybně jsme ale svědky počátku mohutného rozvoje syntetické biologie. Už se uvažuje o vytvoření minimálního genomu fotosyntetické rostliny, který by nám pomohl lépe pochopit a také využít fotosyntézu. Nemluvě o tom, že se již objevují návrhy syntetizovat lidský genom. Jak dalekosáhlé to bude mít důsledky, ukáže až čas.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Public Library of Science (blog)