Обыгрывая бога: как делают искусственную ДНК

МЕНЮ


Новости ИИ
Поиск

ТЕМЫ


Внедрение ИИНовости ИИРобототехника, БПЛАТрансгуманизмЛингвистика, рбработка текстаБиология, теория эволюцииВиртулаьная и дополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информации

АРХИВ


Июнь 2017
Май 2017
Апрель 2017
Март 2017
Февраль 2017
Январь 2017
Декабрь 2016
Ноябрь 2016
Октябрь 2016
Сентябрь 2016
Август 2016
Июль 2016
Июнь 2016
Май 2016
Апрель 2016
Март 2016
Февраль 2016
Январь 2016
0000

RSS


RSS новости
птичий грипп

Новостная лента форума ailab.ru

Синтетические биологи и их игры в создание искусственных геномов привели к появлению не существующих в природе организмов,ДНК которых содержит лишь минимально необходимый набор генов. Идеальный код. Без единой лишней строчки.

Цель игры

Клетки — это основа жизни. Они содержат наследственную информацию в виде молекул ДНК, совокупность которых называют геномом. Геном определяет, какие молекулы клетка будет производить, как она будет делиться, какие химические реакции осуществлять. Некоторые из этих функций универсальны: способности удваивать свою ДНК и синтезировать белки, делиться, поглощать вещества из окружающей среды и формировать мембрану нужны почти любой клетке.

Другие задачи специализированы и часто связаны с приспособлением к конкретным условиям жизни. Например, бактерии могут иметь гены, обеспечивающие защиту от антибиотиков, а могут и не иметь, если она им не нужна. Клетки многоклеточных организмов содержат в геноме инструкции, позволяющие им кооперироваться и взаимодействовать, организовываться в пространстве и специализироваться, формируя сложные ткани и органы. Участки ДНК, регулирующие эти процессы, часто не нужны отдельным клеткам, но необходимы для функционирования целого организма.

Задача, которую решают наши игроки, состоит в том, чтобы установить минимальный набор генов, необходимый клетке. Такой организм должен содержать полный комплект инструкций, позволяющих ему поддерживать свое существование и делиться — но ничего сверх этого. Только самое нужное.

Решение этой задачи важно по трем причинам. Во?первых, мы сможем лучше понять, как работают клетки. Во?вторых, получим удобную модель для изучения генов и их функций. В-третьих, «минимальный» организм можно будет адаптировать для синтеза какого-нибудь лекарства, биотоплива или другого нужного соединения. Лишенный лишних генов организм не будет тратить время и ресурсы на их работу и копирование, став более эффективным производителем.

Игровое поле

Размеры генома могут быть очень разными, и со сложностью самого организма прямо они не связаны. ДНК круглых червей Caenorhabditis elegans включает 97 млн нуклеотидов и примерно 20 000 генов. Геном человека куда более громоздкий — 3 млрд нуклеотидов, но кодирующих белки генов у нас немногим больше, чем у нематоды, всего 20?25 тысяч. Но бывают организмы с еще более «раздутыми» геномами. Например, у двоякодышащей рыбы Protopterus aethiopicus он в 40 раз больше, чем у человека. Такой разброс в размерах во многом объясняется тем, что кроме важных генов ДНК накапливает массу лишнего и ненужного. Еще в 2004 году были получены мыши, из генома которых вырезаны весьма обширные «пустые» фрагменты ДНК — в 1,5 и в 0,8 млн нуклеотидов. Такие животные ничем не отличались от своих обычных родственников, нормально развивались и оставляли здоровое потомство.

Самыми «экономичными» геномами могут похвастаться вирусы, бактерии и археи. Среди последних рекордсменом остаются живущие в горячих источниках Nanoarchaeum equitans, ДНК которых сложена всего из 490 000 нуклеотидов и содержит ровно 5408 генов. Один из самых компактных геномов бактерий принадлежит паразитическим Mycoplasma genitalium: 580 000 нуклеотидов и смешные 475 генов, кодирующих белки. Жаль, что эти микробы размножаются чересчур медленно и не слишком удобны для исследований. Впрочем, у них есть близкие и быстрорастущие родственники Mycoplasma mycoides с примерно вдвое большим геномом и количеством генов. ДНК именно этой бактерии выбрал Крейг Вентер для дальнейшей «оптимизации».

Участники

Джордж Чёрч, профессор Гарвардского университета и Массачусетского технологического института. Разработал несколько революционных методов секвенирования ДНК, внес большой вклад в создание ГМ-технологий с использованием CRISPR/Cas9. В 2015 году успешно пересадил гены шерстистых мамонтов в ДНК современных слонов. Крейг Вентер, президент собственного института генетики. Руководил независимым проектом по чтению ДНК человека. В 2010 году продемонстрировал живую клетку с искусственным геномом: ее ДНК не собиралась из фрагментов, выделенных из других клеток, а синтезировалась в лаборатории.

Синтетические биологи и их игры в создание искусственных геномов привели к появлению не существующих в природе организмов,ДНК которых содержит лишь минимально необходимый набор генов. Идеальный код. Без единой лишней строчки.

Новая игра

Сегодня Джордж Чёрч и его коллеги всерьез обсуждают возможность запуска проекта по синтезу человеческого генома — всех 3 млрд нуклеотидов, организованных в хромосомы. И пусть пока что эта задача смотрится заведомо проигрышной: когда-то и проект чтения генома человека выглядел совершенно неподъемным. Однако он стимулировал такой скачок технологий секвенирования, что стоимость чтения генома упала в тысячи раз и сегодня оказалась по карману самым обычным людям. Возможно, глобальный проект в области синтеза генома позволит совершить прорыв в методах создания новых молекул ДНК. Сделать процесс дешевле, быстрее, эффективнее. Параллельно могут появиться новые способы доставки ДНК в клетки, так необходимые в медицине: уже сегодня врачи приступают к использованию генной терапии для лечения некоторых наследственных и онкологических заболеваний. На подходе и применение этих методов для борьбы с вирусами, в том числе с ВИЧ — и от решения проблемы доставки генов в целевые клетки зависит успех новых многообещающих подходов.

Остается надеяться, что Чёрчу, Вентеру и всем остальным хватит смелости довести игру до конца. Быть может, к этому моменту уже подоспеют и надежные технологии клонирования человека. Тогда нам будет по силам получение не просто отдельной клетки с искусственно созданным геномом, а полноценного человека с синтетическими, оптимизированными хромосомами. Из отдельных химических веществ, «из глины», — почти из ничего.


В 2016 году независимо друг от друга Чёрч и Вентер представили проекты создания организмов с «минимальным» геномом. Подходы у них разные, непохожи и методы, но конечные цели почти одинаковы

Крейг Вентер: «Благодаря достижениям генной инженерии и синтетической биологии мы можем манипулировать ДНК на беспрецедентном уровне, редактируя ее, как строки программного кода». Отбросив все лишнее, ученые получили функционирующую бактерию с геномом в 531 000 нуклеотидов

Джордж Чёрч: «Потенциально синтетическая геномика может повторить тот путь, который прошла эволюция, — с той разницей, что направлять ее развитие будет наша сознательная воля»


Источник: www.popmech.ru