Ученые сумели заново переписать и синтезировать геном бактерии

02.04.2019 11:22

Группа исследователей из Швейцарской высшей технической школы Цюриха адаптировала минимальный геном бактерии Caulobacter crescentus для облегчения его синтеза de novo.

Чтобы это сделать, исследователи заменили примерно каждую шестую букву ДНК, но так, чтобы при этом остались прежними аминокислотные последовательности белков. После этих манипуляций выяснилось, что только 580 генов из 680 сохранили свою функциональность. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В основу исследования легли сведения о минимальном наборе генов, необходимых для Caulobacter crescentus. Обычный геном этой пресноводной бактерии состоит из четырех тысяч генов, но в предыдущих исследованиях выяснилось, что только небольшая их часть жизненно ей необходима для выживания в лабораторных условиях — порядка 680 участков, включающих в себя белок- и РНК-кодирующие последовательности, а также регуляторные участки.

Минимальный геном этой бактерии представляет собой кольцевую молекулу, длина которой составляет примерно 800000 нуклеотидных пар, что очень много для синтеза de novo (то есть не на основе другой ДНК или РНК-матрицы). В 2009 году исследователи из лаборатории Крейга Вентера впервые синтезировали таким образом геном другой бактерии и на это у них ушло порядка сорока миллионов долларов и десять лет работы.

Несмотря на постоянное совершенствование методов, синтезировать длинные молекулы ДНК по-прежнему довольно сложно и дорого. Помимо проблемы с тем, чтобы просто «напечатать» длинную последовательность, возникает проблема в ее запутывании. Поскольку синтезируется только одна цепь из двух, она имеет свойство «залипать» сама на себя в комплементарных друг другу местах, наподобие того, как это обычно делают молекулы РНК.

Чтобы упростить задачу, Джонатан Венец (Jonathan Venetz) и его коллеги решили модифицировать минимальный геном так, чтобы он меньше запутывался. Вырожденность генетического кода подразумевает, что последовательность белка может быть записана в ДНК с использованием разных букв. Исследователи постарались изменить код без потери смысла, но при этом так, чтобы максимально облегчить синтез и оставить в нем поменьше комплементарных участков. Для этого им пришлось основательно переработать последовательность и заменить в ней примерно каждую шестую букву. Несмотря на то, что геном сделали практически заново, все закодированные в нем белковые последовательности должны были остаться прежними.

Геном сшили из отдельно синтезированных 236 сегментов, закольцевали и подсадили бактериям вместо обычного генома. По словам ученых, это обошлось им примерно в 120 тысяч долларов. Сравнив работу генов в обычном и синтетическом геноме исследователи выяснили, что лишь 580 из 680 генов оказались функциональны.

Это объясняется тем, что в геноме бактерии записаны не только белковые последовательности, но и регуляторные участки и молекулы РНК, для работы которых сохранение правильной конформации очень важно. По-видимому, не все из них оказались известны заранее, и поэтому подверглись «оптимизации», которая их и сломала. С этим результатом в руках авторы планируют создание третьей, полностью функциональной версии генома бактерии, в которой ошибки второй версии были бы исправлены. Они надеются, что нерабочие участки генома смогут рассказать о неизвестных ранее элементах минимального генома Caulobacter.

Источник: N+1

Подписывайтесь на канал «Хвилі» в Telegram, на канал «Хвилі» в Youtube, страницу «Хвилі» в Facebook.

Сообщение Ученые сумели заново переписать и синтезировать геном бактерии появились сначала на ХВИЛЯ.

Источник