„Programowane komórki” źródłem nowych leków?

Naukowcy z Politechniki Federalnej w Zurychu jako pierwsi na świecie stworzyli gen, który w całości został zaprojektowany przez algorytm

Znajdująca się w Narodowym Centrum Informacji Biotechnologicznej w USA baza genomów wzbogaciła się właśnie o nowy wpis. Jest nim gen nazwany Caulobacter ethensis-2.0, który został w pełni zaprojektowany przez algorytm stworzony przez naukowców z Politechniki Federalnej w Zurychu (ETH Zurich). To pierwszy na świecie gen, który został zaprojektowany w ten sposób.

Nowy gen powstał dzięki bakterii

Do stworzenia genu użyto bakterii caulobacter crescentus, niegroźnego dla człowieka organizmu występującego w rzekach i jeziorach na całym świecie. Z tego względu jest często wykorzystywana do eksperymentów; bakteria zawiera 4 tys. genów, choć do przeżycia w warunkach laboratoryjnych potrzebuje 680 z nich.

Pionierem w tworzeniu sztucznego genomu był amerykański genetyk Craig Viner, który wraz z zespołem badawczym prowadził badania mające na celu skopiowanie istniejącego genomu mycoplasma mycoides. Efekty swojej pracy zaprezentował 11 lat temu, pokazując chemicznie zsyntezowany genom bakterii, zdolny do funkcjonowania i replikowania się w komórkach biorcy.

Trudne zadanie łączenia genomu

Szwajcarscy naukowcy poszli jednak o krok dalej od Amerykanina. Zsyntetyzowali 236 segmentów genomu caulobacter crescentus, które następnie połączyli ze sobą. „Łączenie molekuł DNA zależy od jego sekwencji, co powoduje, że mogą się one zapętlać i tworzyć węzły, co może utrudnić proces” – powiedział współautor badań Matthias Christen.

Aby uprościć syntezę segmentów genomów, naukowcy zmodyfikowali jego sekwencję na poziomie protein bez ingerencji w zawartą informację genetyczną. W organizmach znajduje się „nadwyżka informacji genetycznej”, która nie zawsze jest wykorzystywana. Wiele protein zawiera aminokwasy zdolne stworzyć dwie, trzy lub więcej sekwencji DNA.

Idealna sekwencja DNA

Algorytm stworzony przez Szwajcarów był w stanie zoptymalizować nadmiar tej informacji genetycznej. Dzięki niemu naukowcy byli w stanie wyprodukować idealną sekwencję DNA, która może zostać użyta do zsyntezowania i konstrukcji całego genomu. 580 spośród 680 sztucznie stworzonych genów okazało się funkcjonalnych.

„Dzięki naszemu algorytmowi byliśmy w stanie przepisać genom i stworzyć nową sekwencję DNA, która nie jest podobna do oryginalnego genomu. Co ważne, biologiczna funkcja genomu na poziomie protein nie zmienia się” – powiedział dr Beat Christen.

Naukowcy z ETH Zurich uważają, że dzięki nowej metodzie będą w stanie „zaprogramować” komórki bakterii, które będą produkowały leki lub witaminy. Technologia sztucznego tworzenia genów może być wykorzystywana nie tylko w materiale genetycznym bakterii caulobacter crescentus, ale także w innych mikroorganizmach.

Źródła: Ethz.ch, Newatlas.com, Psys.org