Ученым удалось заменить 30% генома пекарских дрожжей

Ученым удалось заменить 30% генома пекарских дрожжей искусственно созданными хромосомами. Научную группу из более чем 200 человек возглавлял Джеф Боке (Jef Boeke) из Медицинской школы Лангона Нью-Йоркского университета (New York University's Langone Medical Center). Это первый в науке случай, когда целых пять хромосом заменили синтетическими аналогами. Проект, в рамках которого ведется эта работа, носит название Synthetic Yeast Project (Sc2.0). Уже к концу этого года команда из США, Китая, Франции и Шотландии планирует полностью заменить геном дрожжей искусственным аналогом, для чего необходимо синтезировать еще 11 хромосом – всего в микроорганизме Saccharomyces cerevisiae их 16.

Пекарские дрожжи были выбраны для экспериментов потому, что их геном достаточно хорошо изучен, а кроме того, их клетки по многим признакам похожи на клетки человека, но с ними гораздо проще работать. Первая искусственная хромосома пекарских дрожжей (syn III) была создана в марте 2014 года – для этого потребовалось «собрать» ее из 272871 базовых пар, химических единиц, из которых состоит ДНК. Новая работа описывает еще пять – №№ 2, 5, 6, 10 и 12 (synII, synV, synVI, synX и synXII). Ранее было необходимо завершить создание одной искусственной хромосомы, чтобы приступить к следующей, но сейчас ученые стараются максимальное число процессов вести параллельно. Еще одна часть исследования посвящена обзору 3D-структур синтетических хромосом внутри клетки.

Специалисты, подобно программистам, могут изменять хромосомы, добавляя к ним нужные участки или извлекая ненужные. Созданные учеными синтетические заменители «удобнее» натуральных аналогов, так как их легче модицифировать. Хотя создано уже шесть синтетических хромосом, пока в одну клетку удалось ввести только три – об этом рассказано в статье Лесли Митчелл (Leslie Mitchell), коллеги Джефа Боке по Медицинской школе Лангона.

Чтобы «сделать» одну хромосому, необходимо исследовать тысячи изменений, которые могут с ней происходить. Специалисты выбирали нужные свойства, изучая базы данных различных штаммов пекарских дрожжей. Во время всего процесса синтеза они применяли компьютерное моделирование. После того, как научные сотрудники определились с нужными изменениями, они начали конструировать сперва короткие участки синтетической ДНК, а затем из коротких – более длинные. Каждая хромосома состоит из десятков и сотен тысяч базовых пар, и несмотря на то, что, например, специалистам из Университета Синьхуа (Tsinghua University) в Китае удалось создать последовательность более чем из миллиона пар (над ней работало шесть команд ученых), а потом превратить ее в нужную молекулу, этого все равно слишком мало, чтобы сделать молекулу человеческого генома. Отметим, что Китай в настоящее время занимает второе место после США по количеству успешно синтезированных хромосом дрожжей – китайские специалисты смогли синтезировать четыре хромосомы.

Кроме всего прочего, эксперименты показали, что настолько радикальные изменения не убивают микроорганизмы. Джеф Боке рассказал, что клетки пекарских дрожжей выживали в опытах, где части ДНК-кода переносили из одной хромосомы в другую или даже заменяли часть ДНК-последовательности от одного штамма соответствующей частью от другого.