Test Tube Monster: Hayotning Sintetik Shaklini Yaratishda Muvaffaqiyatlarga Erishildi

Video: Test Tube Monster: Hayotning Sintetik Shaklini Yaratishda Muvaffaqiyatlarga Erishildi

Video: Test Tube Monster: Hayotning Sintetik Shaklini Yaratishda Muvaffaqiyatlarga Erishildi
Video: Quartz Glass Tube,Quartz Glass Pipe,Quartz Glass Tube Fused,China Factory,Manufacturer,Supplier 2024, Qadam tashlamoq
Test Tube Monster: Hayotning Sintetik Shaklini Yaratishda Muvaffaqiyatlarga Erishildi
Test Tube Monster: Hayotning Sintetik Shaklini Yaratishda Muvaffaqiyatlarga Erishildi
Anonim
Sinov naychali yirtqich hayvon: sintetik hayot shaklini - bakteriyalar, genom, sintetikani yaratishda yutuqlarga erishildi
Sinov naychali yirtqich hayvon: sintetik hayot shaklini - bakteriyalar, genom, sintetikani yaratishda yutuqlarga erishildi
Image
Image

Biologlar yaratishga muvaffaq bo'lishdi sintetik genomli bakteriyalarundan tarqatilishi mumkin bo'lgan barcha genlarni olib tashlash orqali.

Mikroorganizm faqat ideal laboratoriya sharoitida mavjud bo'lishi mumkin, shuning uchun u bunday tajribalarga shubha qilganlar uchun deyarli xavf tug'dirmaydi. "Lenta.ru" inqilobiy tadqiqot bilan tanishdi va nima uchun uning natijalari juda muhimligini aniqladi.

Hujayralar tirik organizmning asosiy birligidir. Ularning mavjudligi, o'z navbatida, genomga bog'liq-genlar va oqsillarni kodlamaydigan DNKni o'z ichiga olgan barcha irsiy materiallarning yig'indisi. Genomda hujayraning kimyoviy tarkibi, metabolizm, uning tuzilishi, ko'payishi va boshqa ko'p narsalarni aniqlaydigan shifrlangan ma'lumotlar mavjud.

Har bir genom - bu er yuzidagi barcha tirik organizmlar uchun umumiy bo'lgan va ma'lum turlarga xos bo'lgan hayotiy jarayonlar amalga oshiriladigan ko'rsatma.

Genom hujayra sitoplazmasi bilan faol ta'sir o'tkazadi. Bir tomondan, uning alohida komponentlarining vazifalarini belgilaydi, boshqa tomondan, bu tarkibiy qismlarning ba'zilari genlarning faolligini tartibga soladi, hayotiy oqsillarni ishlab chiqarishni tezlashtiradi yoki bostiradi.

Genomni hujayraning dasturiy ta'minotining bir qismi deb hisoblash mumkin. Tartiblash - bu DNKning kimyoviy tarkibini aniqlash, genomda kodlangan ko'rsatmalarni ochish va DNKning ma'lum bir qismi qanday funktsiyalarni bajarishini aniqlash usuli.

Olimlar ko'p yillar davomida bakterial hujayraning genomini soddalashtirish imkoniyatini o'rganishdi, shunda ideal laboratoriya sharoitida asosiy funktsiyalarni - o'sish va ko'payishni ta'minlaydigan genlar va tartibga soluvchi DNK qoladi. Tabiatda bunday genomga ega bo'lgan organizmlar omon qololmaydilar, chunki ular doimo o'zgarib turadigan muhitga moslashishi kerak edi va bunday plastiklikni ta'minlovchi genlar ulardan olib tashlandi.

Bacillus subtilis va Escherichia coli kabi odatdagi bakteriyalar juda moslashuvchan, chunki ular faqat ma'lum sharoitlarda faollashtirilgan genlarni tashiydi. Bu bakteriyalarning kodlovchi genomining hajmi to'rt -besh ming gendan iborat. Boshqa bakteriyalar ming yillar davomida o'zgarmaydigan barqaror muhitni afzal ko'rishadi, shuning uchun evolyutsiya ortiqcha DNKni abadiy "o'chiradi".

M. mycoides genomini minimallashtirish bosqichlari

Image
Image

1984 yilda amerikalik biofizik Garold Morovits mikoplazmalar hayotning asosiy poydevorlarini o'rganish uchun qulay ob'ekt bo'lishi mumkinligini taklif qildi. Mikoplazmalar - bakteriyalar sinfidir, ular ma'lum bo'lgan eng oddiy uyali organizmlardir. Mycoplasma genitalium genomining ketma -ketligi 1995 yilda tugallandi, lekin uning alohida hududlarining vazifalarini aniqlash qiyin bo'lib qoldi.

Mikoplazmalar odatda parazitlangan hayvonlar va inson hujayralari kabi ozuqa moddalariga boy muhitda rivojlanadi. Bu muhit nisbatan barqaror, shuning uchun ular mustaqil ravishda ko'payadigan organizmlar orasida ma'lum bo'lgan eng kichik genomga ega.

1996 yilda bioinformatik Evgeniy Kunin va Arkadiy Mushegyan ikkita bakteriya - Haemophilus influenzae (1815 genni o'z ichiga oladi) va M. genomlarini solishtirishdi.genitalium (525 gen - ma'lum bo'lgan eng kichik mikoplazmatik genom). Ular ikkala bakteriyada ham topilgan va hujayralarning asosiy funktsiyalarini qamrab olgan 240 genni aniqlay olishdi.

Olimlar ularga hayotiy muhim metabolik jarayonlarni amalga oshirish uchun zarur bo'lgan 16 ta qo'shimcha genni qo'shib, ular "mumkin bo'lgan eng kichik genlar to'plami" ni olishdi.

1999 yilda Kreyg Venter boshchiligidagi biologlar guruhi global transpozon mutagenezi deb nomlangan usuldan foydalanib, eng kichik to'plamdagi genlar sonini aniqladilar. Olimlar navbat bilan M. genitalium genlarini o'chirib qo'yishdi, transpozonlar - genom ichida harakat qilish va ko'payish qobiliyatiga ega bo'lgan "sakrash" DNK bo'laklarini kiritishdi.

Agar bakteriya gen o'chirilgan holda omon qolgan bo'lsa, demak u hayoti uchun ahamiyatsiz hisoblangan. Ma'lum bo'lishicha, mumkin bo'lgan eng kichik genlar to'plami kamida 375 genni o'z ichiga olishi kerak. Hech bo'lmaganda, chunki bu usulning kamchiliklari bor: agar genning "dubli" bo'lsa, ularni o'z navbatida o'chirib qo'ysangiz, hujayra tabiiy ravishda omon qoladi, lekin agar ikkalasi ham birdaniga o'lsa.

Taxminan bir vaqtning o'zida, olimlar minimal genlar to'plamini yaratish uchun sun'iy genom yaratish usullarini ishlab chiqa boshladilar. Ular etarlicha tez ko'paymaydigan M. genitaliumni laboratoriya tajribalari uchun ko'proq mos bo'lgan M. mycoides bilan almashtirdilar. Ikkinchisining genom kattaligi 900 ga yaqin gen, yoki boshqacha aytganda, milliondan ortiq juftlashgan asos - DNKning er -xotin ipining "qurilish bloklari" dir. 2010 yilda biologlar kimyoviy sintez qilingan genomli mikoplazma bo'lgan JCVI-syn1.0 shtammini olishdi.

Buning uchun olimlar M. mycoides DNKning alohida bo'laklarini o'z genomlari ilgari vayron qilingan retseptor -bakteriyalar hujayrasiga kiritdilar. JCVI-syn1.0-M. mycoidesning deyarli aniq nusxasi edi, faqat "texnik" DNK (genetik markerlar) borligi bundan mustasno, ular genomni qurish uchun "o'rmonlar" sifatida ishlatilgan.

JCVI-syn1.0 va JCVI-syn3.0 koloniyalarining o'sish xususiyatlarini solishtirish

Image
Image

Yangi ishda biologlar guruhi ilgari transposon usulida olingan ma'lumotlarni, shuningdek, ulardan DNK bo'limlarini bosqichma -bosqich olib tashlash bilan bakteriyalarning hayotiyligini baholaydigan boshqa maqolalarning ma'lumotlaridan foydalangan.

Bundan tashqari, "dubllar" ni istisno qilish uchun tadqiqotchilar genlarning vazifasini allaqachon o'xshash maqsadli genlar bilan solishtirib aniqlashdi. Shunday qilib, barcha M. mycoides genlari asosiy yoki asosiy bo'lmagan deb tasniflangan. Barcha mavjud ma'lumotlarga asoslanib va doimiy eksperimental testlar yordamida olimlar minimal genomni aniqlay olishdi.

Butun tadqiqot tsikl sifatida taqdim etilishi mumkin. Har bir bosqichda biologlar xamirturush hujayralarida har xil to'liq bo'lmagan JCVI-syn1.0 genomlarini sintez qilib, ulardan faraziy jihatdan ahamiyatsiz bo'lgan genlarni olib tashlashdi. Keyin genomlar M. capricolumning qabul qiluvchi hujayralariga ko'chirildi, shundan so'ng olingan mikroorganizmlarning hayotiyligi aniqlandi.

Shundan so'ng, olimlar o'ziga xos genlarning ahamiyatini ortiqcha baholadilar va tsikl yangidan boshlandi. Oxir -oqibat, tadqiqotchilar bakteriyalarning yangi shtammini - JCVI -syn3.0 ni oldilar, uning genomi oldingi versiyaga nisbatan yarmiga qisqardi va 531 ming asosiy juftni tashkil etdi. U 438 oqsil va 35 turdagi tartibga soluvchi RNK - 437 genni kodlaydi.

Olimlarning aniqlashicha, qolgan genlarning 49 foizi oxirgi umumiy ajdod davridan boshlab o'z vazifasini saqlab qolgan. Boshqa 149 genning roli hozircha noma'lum, garchi ularning potentsial homologlari (umumiy kelib chiqish genlari) boshqa organizmlarda topilgan bo'lsa va funktsiyalari hali aniqlanmagan oqsillarni kodlasa.

Boshqa tomondan, deyarli barcha genlar saqlanib qolgan, ularning ishi DNKning transkripsiyasi va regulyatsiyasi, RNK metabolizmi, oqsillarning katlanishi, ribosomalar sintezi, shuningdek, DNKning ko'payishi, uning tiklanishi va boshqa genetik mexanizmlar bilan bog'liq. hayot taraqqiyotining dastlabki davrlaridan mavjud.

DNKning er -xotin zanjirlari juftlashgan asoslar orqali hosil bo'ladi, ularning ketma -ketligi oqsillar yoki tartibga soluvchi RNKlar haqidagi ma'lumotlar kodlangan.

Image
Image

Hammasi bo'lib, biologlar 428 genni olib tashlashdi. Ularning ko'pchiligining vazifalari ham noma'lum, lekin 73 gen mobil genetik elementlar - genom ichida harakatlanuvchi DNK sekanslari va nuklein kislotalarni gidrolizlaydigan fermentlarni kodlaydigan genom hududlari edi.

Shuningdek, ular lipoproteinlar - lipid almashinuvida ishtirok etadigan oqsillar sintezi uchun mas'ul bo'lgan 72 genni olib tashlashdi. Laboratoriyadagi ozuqa muhiti hujayralarni barcha kerakli moddalar bilan ta'minlaganligi sababli, tashish, katabolizm, oqsillarning parchalanishi va ortiqcha bo'lgan boshqa metabolik jarayonlarda ishtirok etadigan genlarga ehtiyoj yo'q edi.

Tadqiqotning muhim natijasi shundaki, "hayotning universal genetik yadrosi" ni olish mumkin emas edi - buni amalga oshirish umuman mumkin emas, chunki har xil organizmlarda eng kichik to'plamdagi genlar nafaqat boshqacha bo'lishi mumkin, balki turli xil kelib chiqishi.

Ishning asosiy ahamiyati shundaki, hayotning asosiy funktsiyalarini o'rganish va genom tuzilishini o'rganish uchun universal platforma yaratilgan. Bundan tashqari, olimlar tomonidan JCVI-syn3.0 sintezi uchun ishlab chiqilgan usulning o'zi sizga yangi genomik konstruktsiyalarni, shuningdek, har bir genning vazifasi ma'lum bo'lgan model hujayralarni loyihalashtirishni yaratishga imkon beradi.

Tadqiqotchilarning fikricha, bu dorilar va sanoat kimyoviy moddalari sintezi uchun metabolik yo'llarni yaratish imkoniyatini beradi.

Tavsiya: