Βακτηριακό γονιδίωμα δημιουργήθηκε εξολοκλήρου με υπολογιστή
04/04/2019
Το πρώτο γονιδίωμα
βακτηρίου που δημιουργήθηκε αποκλειστικά από υπολογιστή παρουσίασαν επιστήμονες
στην Ελβετία. Παρόλο που το γονιδίωμα του οργανισμού με την ονομασία
C.ethensis-2.0 παρήχθη με τη μορφή ενός πολύ μεγάλου μορίου DNA, ο ίδιος ο
μικροοργανισμός δεν υπάρχει ακόμη.
Παρά ταύτα, η βάση δεδομένων του Εθνικού Κέντρου Πληροφοριών Βιοτεχνολογίας των ΗΠΑ, στην οποία είναι αποθηκευμένα όλα τα γονιδιώματα των γνωστών έμβιων οργανισμών του κόσμου, περιλαμβάνει πλέον και το γονιδίωμα του Caulobacter ethensis-2.0.
Το εν λόγω συνθετικό γονιδίωμα βασίζεται στο γονιδίωμα ενός καλά μελετημένου και αβλαβούς βακτηρίου του γλυκού νερού, του Caulobacter crescentus, που συναντάται σε πηγές, ποτάμια και λίμνες όλου του κόσμου, χωρίς να είναι παθογόνο.
Δέκα χρόνια πριν οι επιστήμονες είχαν καταφέρει να δημιουργήσουν ένα ψηφιακό αντίγραφο του γονιδιώματος του Mycoplasma mycoeides, το οποίο είχε μεταφερθεί σε ζώντα κύτταρα και παρατήρησαν ότι μπορούσε να αποκτήσει την ικανότητα του πολλαπλασιασμού.
Σήμερα, η επιστημονική ομάδα από τη Ζυρίχη κάνει ένα βήμα παραπέρα, σε μια προσπάθεια να δημιουργήσουν πλήρως συνθετική ζωή. Το στοιχείο που αξίζει να σημειωθεί είναι ότι οι επιστήμονες κατάφεραν να ασχοληθούν με τα περίπου 4000 γονίδια του υπό εξέταση μικροοργανισμού, βγάζοντας το συμπέρασμα ότι τα 680 περίπου από αυτά είναι τα απολύτως απαραίτητα για την επιβίωσή του (τουλάχιστον σε συνθήκες εργαστηρίου).
Οι ερευνητές του Ελβετικού Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας Ζυρίχης (ΕΤΗ), με επικεφαλής τον καθηγητή βιολογίας πειραματικών συστημάτων Μπιτ Κρίστεν, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ (PNAS), χρησιμοποίησαν αυτά τα 680 απολύτως ζωτικά γονίδια του Caulobacter crescentus ως αφετηρία για να συνθέσουν στη συνέχεια εξαρχής το γονιδίωμα ενός άλλου μικροοργανισμού, με τη βοήθεια ενός αλγόριθμου υπολογιστή που ανέπτυξαν οι ίδιοι.
Το νέο γονιδίωμα του
Caulobacter ethensis-2.0 συνδυάζει το αρχικό γονιδίωμα του Caulobacter
crescentus με τμήματα ενός νέου τεχνητού γονιδιώματος.
Για να συνθέσουν τα τμήματα του γονιδιώματος με τον απλούστερο δυνατό τρόπο, και μετά να τα συναρμολογήσουν, απλοποίησαν κατά πολύ την αλληλουχία του γονιδιώματος, χωρίς να τροποποιήσουν την ίδια τη γενετική πληροφορία. Χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο, οι ερευνητές υπολόγισαν την ιδανική αλληλουχία DNA για τη σύνθεση και δημιουργία του γονιδιώματος- και πέρασαν σε αυτό πολλές μικρές τροποποιήσεις.
Η όλη διαδικασία απαίτησε ένα έτος περίπου και είχε κόστος μόνον 120.000 ελβετικών φράγκων, έναντι δέκα ετών και κόστους 40 εκατομμυρίων δολαρίων για να δημιουργηθεί το πρώτο βακτηριακό γονιδίωμα από τον αμερικανό πρωτοπόρο Κρεγκ Βέντερ πριν από 11 χρόνια.
«Μέσω του αλγορίθμου μας ξαναγράψαμε τελείως το γονιδίωμα (του Caulobacter crescentus) σε μια νέα αλληλουχία γραμμάτων DNA, που δε μοιάζει πλέον καθόλου με την αρχική αλληλουχία, αν και η βιολογική λειτουργία σε επίπεδο πρωτεϊνών παραμένει η ίδια» δήλωσε ο Κρίστεν.
«Πιστεύουμε ότι σύντομα θα είμαστε σε θέση να παράγουμε λειτουργικά βακτηριακά κύτταρα από ένα τέτοιο γονιδίωμα» πρόσθεσε.
Κάτι τέτοιο θα ανοίξει το δρόμο για τη μελλοντική αξιοποίηση των συνθετικών μικροοργανισμών σε μια πληθώρα εφαρμογών βιοτεχνολογίας, π.χ. για την παραγωγή πολύπλοκων φαρμακευτικών μορίων, βιταμινών, εμβολίων DNA κ.ά.
Δεν είναι ακόμη σαφές πότε θα καταστεί εφικτό να παραχθεί το πρώτο συνθετικό βακτήριο με πλήρως τεχνητό γονιδίωμα.
Ο Κρίστεν τόνισε ότι «όσο πολλά υποσχόμενη είναι μια τέτοια έρευνα και όσες δυνητικές εφαρμογές έχει, απαιτείται επίσης μια βαθιά συζήτηση στην κοινωνία για τους στόχους αυτής της τεχνολογίας και ταυτόχρονα για το πώς θα αποφευχθούν οι καταχρήσεις της».
Τα στοιχεία που έχουν ήδη δημοσιευτεί σε επιστημονικές επιθεωρήσεις αποδεικνύουν όχι μόνο πως δεν αποκλείεται να καταφέρει ο άνθρωπος κάποια στιγμή στο μέλλον να δημιουργήσει συνθετικές μορφές ζωής, αλλά και να έρθει σε θέση να δημιουργήσει συνθετικά συστατικά εμβολίων. Η εξέλιξη αυτή εκτιμάται ότι θα ενισχύσει την προσπάθεια καταπολέμησης επικίνδυνων ασθενειών ή τον περιορισμό του κόστους της φαρμακευτικής παραγωγής εμβολίων σε μεγάλη κλίμακα για περιπτώσεις πανδημιών ή άλλων κινδύνων.
Πηγή: ΑΠΕ – ΜΠΕ
Παρά ταύτα, η βάση δεδομένων του Εθνικού Κέντρου Πληροφοριών Βιοτεχνολογίας των ΗΠΑ, στην οποία είναι αποθηκευμένα όλα τα γονιδιώματα των γνωστών έμβιων οργανισμών του κόσμου, περιλαμβάνει πλέον και το γονιδίωμα του Caulobacter ethensis-2.0.
Το εν λόγω συνθετικό γονιδίωμα βασίζεται στο γονιδίωμα ενός καλά μελετημένου και αβλαβούς βακτηρίου του γλυκού νερού, του Caulobacter crescentus, που συναντάται σε πηγές, ποτάμια και λίμνες όλου του κόσμου, χωρίς να είναι παθογόνο.
Δέκα χρόνια πριν οι επιστήμονες είχαν καταφέρει να δημιουργήσουν ένα ψηφιακό αντίγραφο του γονιδιώματος του Mycoplasma mycoeides, το οποίο είχε μεταφερθεί σε ζώντα κύτταρα και παρατήρησαν ότι μπορούσε να αποκτήσει την ικανότητα του πολλαπλασιασμού.
Σήμερα, η επιστημονική ομάδα από τη Ζυρίχη κάνει ένα βήμα παραπέρα, σε μια προσπάθεια να δημιουργήσουν πλήρως συνθετική ζωή. Το στοιχείο που αξίζει να σημειωθεί είναι ότι οι επιστήμονες κατάφεραν να ασχοληθούν με τα περίπου 4000 γονίδια του υπό εξέταση μικροοργανισμού, βγάζοντας το συμπέρασμα ότι τα 680 περίπου από αυτά είναι τα απολύτως απαραίτητα για την επιβίωσή του (τουλάχιστον σε συνθήκες εργαστηρίου).
Οι ερευνητές του Ελβετικού Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας Ζυρίχης (ΕΤΗ), με επικεφαλής τον καθηγητή βιολογίας πειραματικών συστημάτων Μπιτ Κρίστεν, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ (PNAS), χρησιμοποίησαν αυτά τα 680 απολύτως ζωτικά γονίδια του Caulobacter crescentus ως αφετηρία για να συνθέσουν στη συνέχεια εξαρχής το γονιδίωμα ενός άλλου μικροοργανισμού, με τη βοήθεια ενός αλγόριθμου υπολογιστή που ανέπτυξαν οι ίδιοι.
Για να συνθέσουν τα τμήματα του γονιδιώματος με τον απλούστερο δυνατό τρόπο, και μετά να τα συναρμολογήσουν, απλοποίησαν κατά πολύ την αλληλουχία του γονιδιώματος, χωρίς να τροποποιήσουν την ίδια τη γενετική πληροφορία. Χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο, οι ερευνητές υπολόγισαν την ιδανική αλληλουχία DNA για τη σύνθεση και δημιουργία του γονιδιώματος- και πέρασαν σε αυτό πολλές μικρές τροποποιήσεις.
Η όλη διαδικασία απαίτησε ένα έτος περίπου και είχε κόστος μόνον 120.000 ελβετικών φράγκων, έναντι δέκα ετών και κόστους 40 εκατομμυρίων δολαρίων για να δημιουργηθεί το πρώτο βακτηριακό γονιδίωμα από τον αμερικανό πρωτοπόρο Κρεγκ Βέντερ πριν από 11 χρόνια.
«Μέσω του αλγορίθμου μας ξαναγράψαμε τελείως το γονιδίωμα (του Caulobacter crescentus) σε μια νέα αλληλουχία γραμμάτων DNA, που δε μοιάζει πλέον καθόλου με την αρχική αλληλουχία, αν και η βιολογική λειτουργία σε επίπεδο πρωτεϊνών παραμένει η ίδια» δήλωσε ο Κρίστεν.
«Πιστεύουμε ότι σύντομα θα είμαστε σε θέση να παράγουμε λειτουργικά βακτηριακά κύτταρα από ένα τέτοιο γονιδίωμα» πρόσθεσε.
Κάτι τέτοιο θα ανοίξει το δρόμο για τη μελλοντική αξιοποίηση των συνθετικών μικροοργανισμών σε μια πληθώρα εφαρμογών βιοτεχνολογίας, π.χ. για την παραγωγή πολύπλοκων φαρμακευτικών μορίων, βιταμινών, εμβολίων DNA κ.ά.
Δεν είναι ακόμη σαφές πότε θα καταστεί εφικτό να παραχθεί το πρώτο συνθετικό βακτήριο με πλήρως τεχνητό γονιδίωμα.
Ο Κρίστεν τόνισε ότι «όσο πολλά υποσχόμενη είναι μια τέτοια έρευνα και όσες δυνητικές εφαρμογές έχει, απαιτείται επίσης μια βαθιά συζήτηση στην κοινωνία για τους στόχους αυτής της τεχνολογίας και ταυτόχρονα για το πώς θα αποφευχθούν οι καταχρήσεις της».
Τα στοιχεία που έχουν ήδη δημοσιευτεί σε επιστημονικές επιθεωρήσεις αποδεικνύουν όχι μόνο πως δεν αποκλείεται να καταφέρει ο άνθρωπος κάποια στιγμή στο μέλλον να δημιουργήσει συνθετικές μορφές ζωής, αλλά και να έρθει σε θέση να δημιουργήσει συνθετικά συστατικά εμβολίων. Η εξέλιξη αυτή εκτιμάται ότι θα ενισχύσει την προσπάθεια καταπολέμησης επικίνδυνων ασθενειών ή τον περιορισμό του κόστους της φαρμακευτικής παραγωγής εμβολίων σε μεγάλη κλίμακα για περιπτώσεις πανδημιών ή άλλων κινδύνων.
Πηγή: ΑΠΕ – ΜΠΕ
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου
Σημείωση: Μόνο ένα μέλος αυτού του ιστολογίου μπορεί να αναρτήσει σχόλιο.