Генетики из Института Крейга Вентера (США) воссоздали полный геном бактерии
Mycoplasma mycoides и поместили эту ДНК в клетки родственного организма
M. capricolum, получив копию M. mycoides.


Колонии обычных и «искусственных» (сверху) M. mycoides. В геноме последних
находится ген lacZ, вследствие чего они экспрессируют фермент, который
превращает находящееся в чашке с агаровой средой соединение X-gal в
вещество синего цвета.

Удачный эксперимент стал результатом объединения нескольких технологий, которые исследователи отработали ранее. В 2007 году они продемонстрировали возможность передачи естественной ДНК от M. mycoides к M. capricolum. Ещё через год учёные «собрали» искусственный вариант чрезвычайно короткого (582 970 пар оснований) генома бактерии M. genitalium в клетках дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Наконец, в 2009 году биологи решили проблему переноса созданной последовательности в другой организм, разработав методику метилирования синтетической ДНК (позволяет преодолевать систему защиты бактерий от чужеродного генетического материала) и выведения из строя ферментов рестриктаз, расщепляющих ДНК.

Геном M. mycoides содержит около 1,08 млн пар оснований и примерно в два раза превосходит по объёму геном M. genitalium. Его «сборку» учёные начали с 1 078 отдельных последовательностей — кассет — длиной в 1 080 пар оснований, на концах которых находились перекрывающиеся участки размером в 80 пар оснований. На первом этапе из кассет было получено 110 сегментов длиной в 10 000 пар оснований, затем — 11 увеличенных в десять раз отрезков, а они уже были объединены в целый геном в клетках дрожжей.

Родной геном M. capricolum, которым пересадили искусственный генетический материал, был либо уничтожен рестриктазами M. mycoides, либо «потерян» при размножении клеток. Через два дня учёные наблюдали совершенно обычные клетки M. mycoides, содержавшие только синтезированную ДНК.


Слева находятся созданные авторами клетки M. Mycoides,
справа — обычные бактерии. (Иллюстрация из журнала Science.)

Стоит заметить, что первый вариант синтетического генома оказался неудачным, и авторы придумали, как искать и корректировать ошибки. К каждому из 11 созданных сегментов длиной в 100 000 пар оснований они добавили 10 соответствующих натуральных сегментов такой же длины и повторили эксперименты, что позволило идентифицировать один повреждённый отрезок последовательности. Как оказалось, причиной неудач было удаление одной пары оснований в жизненно важном гене.

Такие технологии ещё очень далеки от практического применения: высокая стоимость синтезирования ДНК автоматически делает их неэффективными. Авторы, впрочем, уверены в том, что в будущем организмы с искусственными геномами найдут применение в промышленности и медицине, и планируют продолжать эксперименты с другими клетками. Кроме того, учёные надеются завершить проект создания «минимальной» клетки, в геноме которой будут содержаться только гены, необходимые для выживания.

По материалам: nature.com, science.compulenta.ru

Интересно из чего и как был синтезирован геном бактерии?