Συνθετικά χρωμοσώματα τώρα και για ευκαρυωτικούς οργανισμούς

Πριν από έναν χρόνο, η δημιουργία του πρώτου βακτηρίου με συνθετικό DNA είχε γίνει πρωτοσέλιδο σε όλο τον κόσμο. Τώρα, Αμερικανοί ερευνητές προχωρούν ένα μεγάλο βήμα παραπέρα εισάγοντας τεχνητά χρωμοσώματα σε έναν σακχαρομύκητα, έναν μονοκύτταρο είδος πολύ μεγαλύτερης περιπλοκότητας, το οποίο ανήκει στην κατηγορία των ευκαρυωτικών οργανισμών, όπως και ο άνθρωπος.

Ο σακχαρομύκητας στον οποίο εισήχθησαν συνθετικά τμήματα χρωμοσωμάτων φαίνεται απόλυτα υγιής και μπορεί να αναπαράγεται όπως οι φυσικοί σακχαρομύκητες, αναφέρουν οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Τζον Χόπκινς.

«Φαίνεται να είναι εξαιρετικά σταθερός. Μερικοί από μας πιστεύαμε ότι θα αποτύγχανε ή ότι θα εμφάνιζε αμέσως μεταλλάξεις» σχολίασε ο Δρ Τζεφ Μπέκι στο περιοδικό Nature, όπου παρουσιάζεται το επίτευγμα της ομάδας του.

Στο απώτερο μέλλον, μικροοργανισμοί με συνθετικά γονιδιώματα θα μπορούσαν να παράγουν καύσιμα ή άλλα χημικά, ή ακόμα και για επιχειρήσεις απορρύπανσης.

Σε πρώτη φάση, όμως, οι οργανισμοί αυτοί αναμένεται να επιτρέψουν στους βιολόγους να παρακολουθήσουν την εξέλιξη σε δράση: θα μπορούσαν για παράδειγμα να αποκαλύψουν ποιος είναι ο ελάχιστος αριθμός γονιδίων που απαιτείται για τη ζωή, ή το πόσες μεταλλάξεις απαιτούνται για την εμφάνιση νέων ειδών.

Από τα βακτήρια στους σακχαρομύκητες

Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές αντικατέστησαν μόλις το 1% του γονιδιώματος του σακχαρομύκητα με συνθετικό DNA.

Με την πρώτη ματιά, το επίτευγμα αυτό φαίνεται να ωχριά συγκριτικά με την περυσινή ανακοίνωση του Ινστιτούτου Βέντερ, στο οποίο δημιουργήθηκε ένα βακτήριο που ζει αποκλειστικά με συνθετικό DNA.

Υπάρχει όμως μια μεγάλη διαφορά: τα βακτήρια είναι προκαρυωτικοί οργανισμοί, δηλαδή δεν έχουν σαφώς καθορισμένο πυρήνα, oύτε άλλα περίπλοκα οργανίδια που περιβάλλονται από μεμβράνες. Οι σακχαρομύκητες, αντίθετα, ανήκουν στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, οι οποίοι εμφανίστηκαν πιο αργά στην Εξέλιξη, είναι γενικά πιο περίπλοκοι και περιέχουν πυρήνα και σύνθετα οργανίδια.

Δεδομένου ότι οι περισσότεροι πολυκύτταροι οργανισμοί είναι ευκαρυωτικοί, η νέα μελέτη ανοίγει θεωρητικά το δρόμο για τη δημιουργία ολόκληρων πειραματόζωων με συνθετικό DNA.

Προγραμματίζοντας τη ζωή

Η έρευνα του Τζον Χόπκινς ξεκίνησε με μια ψηφιακή εκδοχή του γονιδιώματος του σακχαρομύκητα Saccharomyces cerevisiae. Εκτός του ότι είναι ένας από τους καλύτερα μελετημένους μονοκύτταρους οργανισμούς, ο σακχαρομύκητας αυτός είναι επίσης το ζωντανό συστατικό της μαγιάς.

Χρησιμοποιώντας εξειδικευμένο λογισμικό, οι ερευνητές τροποποίησαν την γενετική αλληλουχία σε δύο από τα 16 χρωμοσώματα του S.cerevisiae: Διέγραψαν επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες που θα μπορούσαν να αποσταθεροποιήσουν το γονιδίωμα και εισήγαγαν χαρακτηριστικές αλληλουχίες ώστε να μπορούν να ξεχωρίσουν τα φυσικά από τα τεχνητά τμήματα του γονιδιώματος.

Ακόμα, οι ερευνητές εισήγαγαν ειδικές αλληλουχίες, οι οποίες αλληλεπιδρούν με ένα ένζυμο και μπορούν να τροποποιούν το γονιδίωμα των απόγονων του σακχαρομύκητα, μετακινώντας ή διαγράφοντας γονίδια με τυχαίο τρόπο. Η διαδικασία αυτή επιτρέπει στον σακχαρομύκητα να προσαρμόζεται σε νέα χημικά περιβάλλοντα, και στο μέλλον θα μπορούσε να επιτρέψει την ανάπτυξη στελεχών για ειδικές χρήσεις, όπως η παραγωγή καυσίμων.

Στο τελικό στάδιο, οι ερευνητές δημιούργησαν τεχνητά μόρια DNA με τις αλληλουχίες που είχαν σχεδιαστεί στον υπολογιστή. Όταν τα δύο ημι-τεχνητά χρωμοσώματα προστέθηκαν σε καλλιέργειες του σακχαρομύκητα, ορισμένα από τα κύτταρα τις απορρόφησαν και τις ενσωμάτωσαν.

Αυτό που προέκυψε ήταν αποικίες σακχαρομύκητα με ημι-συνθετικό γονιδίωμα. Οι οργανισμοί αυτοί αναπτύσσονται κανονικά, έχουν κανονική εμφάνιση στο μικροσκόπιο και εκφράζουν περίπου τα ίδια γονίδια με τον φυσικό σακχαρομύκητα.

Προσθέτοντας στις αποικίες συγκεκριμένες ουσίες, οι ερευνητές μπορούν μάλιστα να ενεργοποιούν κατά βούληση τις ειδικές αλληλουχίες που τροποποιούν αυτόματα τα γονίδια του σακχαρομύκητα.

Στα μελλοντικά πειράματα, το σύστημα τροποποίησης του γονιδιώματος θα μπορούσε να αξιοποιηθεί προκειμένου να προσδιοριστεί ο αριθμός των μεταλλάξεων που απαιτείται για την εμφάνιση νέων ειδών σακχαρομύκητα.

Τα πειράματα τώρα συνεχίζονται, με τη συμμετοχή ερευνητικών ομάδων από την Κίνα και τη Βαλτιμόρη, με απώτερο στόχο τη δημιουργία ενός σακχαρομύκητα με αποκλειστικά συνθετικό DNA.

Newsroom ΑΛΤΕΡ ΕΓΚΟ