Nauka
Bezpieczna stymulacja mózgu. Rewolucja w neurologii
04 grudnia 2024
Przełom w pionierskich badaniach był możliwy dzięki wieloletnim wysiłkom naukowców
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.
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.
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.
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