Test Tube Monster: өмірдің синтетикалық формасын құруда прогресс болды

Бейне: Test Tube Monster: өмірдің синтетикалық формасын құруда прогресс болды

Бейне: Test Tube Monster: өмірдің синтетикалық формасын құруда прогресс болды
Бейне: Behringer Vintage Tube Monster - Test/playthrough 2024, Наурыз
Test Tube Monster: өмірдің синтетикалық формасын құруда прогресс болды
Test Tube Monster: өмірдің синтетикалық формасын құруда прогресс болды
Anonim
Сынақ түтігі монстры: синтетикалық тіршілік формасын - бактерияларды, геномды, синтетиканы құруда прогресс болды
Сынақ түтігі монстры: синтетикалық тіршілік формасын - бактерияларды, геномды, синтетиканы құруда прогресс болды
Image
Image

Биологтар құруға қол жеткізді синтетикалық геномы бар бактерия одан шығаруға болатын барлық гендерді алып тастау арқылы.

Микроорганизм ол үшін өте қолайлы зертханалық жағдайда ғана өмір сүре алады, сондықтан мұндай эксперименттерге күдіктенетіндерге қауіп төндіре алмайды. «Лента.ру» революциялық зерттеулермен танысып, оның нәтижелерінің неге соншалықты маңызды екенін анықтады.

Жасушалар - тірі организмнің негізгі бірлігі. Олардың болуы, өз кезегінде, геномға байланысты-гендер мен ақуызды кодтамайтын ДНҚ кіретін барлық тұқым қуалайтын материалдардың жиынтығы. Геномда жасушаның химиялық құрамын, метаболизмін, оның құрылымын, көбеюін және тағы басқаларын анықтайтын шифрланған ақпарат бар.

Әрбір геном - бұл жер бетіндегі барлық тірі организмдерге ортақ және белгілі бір түрге тән өмірлік маңызды процестер жүзеге асырылатын нұсқаулық түрі.

Геном жасуша цитоплазмасымен белсенді әрекеттеседі. Бір жағынан, ол өзінің жеке компоненттерінің функцияларын анықтайды, ал екінші жағынан, бұл компоненттердің кейбірі гендердің белсенділігін реттейді, өмірлік белоктардың өндірісін жеделдетеді немесе басады.

Геномды жасушаның бағдарламалық жасақтамасының бөлігі ретінде қарастыруға болады. Секвенция - бұл ДНҚ -ның химиялық құрамын анықтауға, геномда кодталған нұсқауларды шешуге және ДНҚ -ның белгілі бір бөлігі қандай қызметтер атқаратынын анықтауға мүмкіндік беретін әдіс.

Ғалымдар ұзақ жылдар бойы бактерия жасушасының геномын оңайлату мүмкіндігін зерттеді, осылайша зертханалық жағдайда қолайлы функцияларды - өсу мен көбеюді қамтамасыз ететін гендер мен реттеуші ДНҚ ғана қалады. Табиғатта мұндай геномы бар организмдер өмір сүре алмады, өйткені олар үнемі өзгеріп тұратын ортаға бейімделуге мәжбүр болады, ал мұндай пластиканы қамтамасыз ететін гендер олардан алынып тасталды.

Bacillus subtilis және Escherichia coli сияқты типтік бактериялар өте бейімделгіш, себебі олар белгілі бір жағдайларда ғана белсендірілетін гендерді тасымалдайды. Бұл бактериялардың кодтау геномының көлемі төрт -бес мың генден тұрады. Басқа бактериялар мыңжылдықтар бойы өзгермейтін тұрақты ортаны қалайды, сондықтан эволюция артық ДНҚ -ны біржола «өшіреді».

M. mycoides геномының минималдау кезеңдері

Image
Image

1984 жылы американдық биофизик Гарольд Моровиц микоплазмалар тіршіліктің негізгі негіздерін зерттеуге ыңғайлы объект болуы мүмкін деп болжайды. Микоплазмалар - қарапайым жасушалық организмдер болып табылатын бактериялар класы. Mycoplasma genitalium геномының реттілігі 1995 жылы аяқталды, бірақ оның белгілі бір аймақтарының функцияларын анықтау қиын болып қала берді.

Микоплазмалар әдетте паразиттелген жануарлар мен адам жасушалары сияқты қоректік заттарға бай ортада дамиды. Бұл орта салыстырмалы түрде тұрақты, сондықтан олардың тәуелсіз репродуктивті организмдердің ішінде белгілі ең кіші геномы бар.

1996 жылы биоинформатика Евгений Кунин мен Аркадий Мушегян екі бактерияның геномдарын салыстырды - Haemophilus influenzae (құрамында 1815 ген бар) мен М.гениталий (525 ген - ең кіші микоплазмалық геном). Олар бактериялардың екеуінде де кездесетін және жасушаның негізгі қызметтерінің көпшілігін қамтитын 240 генді анықтай алды.

Ғалымдар оларға өмірлік маңызды метаболикалық процестерді жүзеге асыруға қажет қосымша 16 генді қосты және олар «мүмкін болатын ең кіші гендер жиынтығын» алды.

1999 жылы Крейг Вентер бастаған биологтар тобы глобальды транспозон мутагенезі әдісін қолдана отырып, ең кіші жиынтықтағы гендердің санын нақтылады. Ғалымдар кезекпен M. genitalium гендерін өшіріп, транспозондарды - геном ішінде қозғалуға және көбеюге қабілетті ДНҚ фрагменттерін «секіретін» енгізді.

Егер бактерия генді сөндіріп тірі қалса, онда ол оның өмірі үшін маңызды емес болып саналды. Гендердің мүмкін болатын ең кіші жиынтығына кемінде 375 ген кіруі керек болып шықты. Кем дегенде, себебі бұл әдістің кемшілігі бар: егер генде «қосарланған» болса, онда сіз оларды кезекпен өшіргенде жасуша табиғи түрде тірі қалады, бірақ егер екеуі де бірден өлсе.

Шамамен сол уақытта ғалымдар гендердің ең аз жиынтығын қалпына келтіру үшін жасанды геномды құру әдістерін жасай бастады. Олар жеткіліксіз тез көбейтілетін M. genitalium -ды M. mycoides -ке алмастырды, ол зертханалық эксперименттерге қолайлы. Соңғысының геномдық мөлшері 900 -ге жуық ген, немесе басқаша айтқанда, миллионнан астам жұпталған негіз - ДНҚ қос тізбегінің «құрылыс блоктары». 2010 жылы биологтар химиялық синтезделген геномы бар микоплазма-JCVI-syn1.0 штаммын алды.

Ол үшін ғалымдар M. mycoides ДНҚ -ның жеке фрагменттерін реципиент бактерияның жасушасына енгізді, оның геномы бұрын жойылған. JCVI-syn1.0 геномның құрылысы үшін «ормандар» ретінде пайдаланылған «техникалық» ДНҚ (генетикалық маркерлер) болуын қоспағанда, M. mycoides-тің нақты көшірмесі болды.

JCVI-syn1.0 және JCVI-syn3.0 колонияларының өсу ерекшеліктерін салыстыру

Image
Image

Жаңа жұмыста биологтар тобы бұрын транспосон әдісі бойынша алған мәліметтерді, сондай -ақ олардан ДНҚ кесінділерін біртіндеп алып тастай отырып, бактериялардың өміршеңдігін бағалайтын басқа мақалалардың ақпаратын пайдаланды.

Сонымен қатар, «қосарлауды» алып тастау үшін зерттеушілер гендердің мақсатын бұрыннан белгілі болған ұқсас гендермен салыстыру арқылы олардың қызметін анықтады. Осылайша, барлық M. mycoides гендері маңызды немесе маңызды емес болып жіктелді. Барлық қолда бар ақпаратқа және тұрақты эксперименттік тестілеудің арқасында ғалымдар ең төменгі геномды анықтай алды.

Бүкіл зерттеуді цикл түрінде ұсынуға болады. Әр кезеңде биологтар ашытқы жасушаларында әр түрлі толық емес JCVI-syn1.0 геномдарын синтездеп, олардан гипотетикалық тұрғыдан маңызды емес гендерді алып тастады. Содан кейін геномдар M. capricolum реципиент жасушаларына трансплантацияланды, содан кейін алынған микроорганизмдердің өміршеңдігі анықталды.

Осыдан кейін ғалымдар нақты гендердің маңыздылығын жоғары бағалап, цикл қайтадан басталды. Ақырында зерттеушілер бактериялардың жаңа штаммын алды - JCVI -syn3.0, оның геномы алдыңғы нұсқаға қарағанда екі есе қысқартылды және 531 мың базалық жұпты құрады. Ол 438 ақуызды және реттеуші РНҚ -ның 35 түрін - барлығы 437 генді кодтайды.

Ғалымдар қалған гендердің 49 пайызы соңғы ортақ атадан бері өз қызметін сақтап қалғанын анықтады. Басқа 149 геннің рөлі қазіргі уақытта белгісіз, дегенмен олардың әлеуетті гомологтары (ортақ гендер) басқа организмдерде табылған және қызметтері әлі ашылмаған ақуыздарды кодтайды.

Екінші жағынан, барлық гендер аман қалды, олардың жұмысы ДНҚ транскрипциясымен және реттелуімен, РНҚ метаболизмімен, ақуыздың бүктелуімен, рибосомалардың синтезімен, сонымен қатар ДНҚ -ның қайталануымен, оның реставрациясымен және басқа да генетикалық механизмдермен байланысты. тіршіліктің дамуының алғашқы кезеңдерінен бар.

ДНҚ -ның қос тізбектері жұпталған негіздерден түзіледі, олардың тізбегінде белоктар немесе реттеуші РНҚ туралы ақпарат кодталады.

Image
Image

Барлығы биологтар 428 генді алып тастады. Олардың көпшілігінің функциялары да белгісіз, бірақ 73 ген - бұл қозғалмалы генетикалық элементтер - геном ішінде қозғалатын ДНҚ тізбектері - және нуклеин қышқылдарын гидролиздейтін ферменттерді кодтайтын геномның аймақтары.

Олар сонымен қатар липидтердің метаболизміне қатысатын ақуыздардың - липопротеидтердің синтезіне жауап беретін 72 генді алып тастады. Лабораториядағы қоректік орта жасушаларды барлық қажетті заттармен қамтамасыз еткендіктен, тасымалдауға, катаболизмге, ақуыздың ыдырауына және басқа метаболизмдік процестерге қатысатын гендердің қажеті болмады.

Зерттеудің маңызды нәтижесі «тіршіліктің әмбебап генетикалық ядросын» алу мүмкіндігінде емес - бұл мүлде мүмкін емес, өйткені әр түрлі организмдерде мүмкін болатын ең кіші жиынтықтағы гендер әр түрлі болуы мүмкін, сонымен қатар әр түрлі шығу тегі.

Жұмыстың негізгі мәні - тіршіліктің негізгі функцияларын зерттеуге және геномның құрылысын зерттеуге арналған әмбебап платформа құрылды. Сонымен қатар, ғалымдар JCVI-syn3.0 синтезі үшін жасаған әдістеменің өзі жаңа геномдық конструкцияларды құруға мүмкіндік береді, сонымен қатар әр геннің қызметі жақсы белгілі модельдік жасушаларды жобалайды.

Зерттеушілердің пікірінше, бұл дәрілік заттар мен өнеркәсіптік химикаттардың синтезі үшін метаболизм жолдарын құруға мүмкіндік береді.

Ұсынылған: