Επιστήμονες δημιούργησαν τεχνητή μορφή ζωής το Syn61 με συνθετικό DNA

E coli, το βακτήριο που οι επιστήμονες συνέθεσαν στο εργαστήριο με ένα διετές πρόγραμμα

Επιστήμονες στο Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας του Πανεπιστημίου του Cambridge δημιούργησαν μια τεχνητή «έκδοση» του γνωστού βακτηρίου E.coli, που βασίζεται σε μια εντελώς συνθετική μορφή DNA. Παράλληλα ο γενετικός κώδικας του «Syn61» έχει επανασχεδιαστεί σημαντικά, στο πλαίσιο μιας διαδικασίας που αναμένεται να ανοίξει τον δρόμο για ειδικά σχεδιασμένα βακτήρια που θα επιτρέπουν τη δημιουργία νέων φαρμάκων, πρωτεϊνών, υλικών κ.α.

Το όλο εγχείρημα ήταν μια προσπάθεια δύο ετών και στο πλαίσιό του οι επιστήμονες «διάβασαν» και επανασχεδίασαν το DNA του E.Coli (Escherichia coli) πριν δημιουργήσουν κύτταρα με μια συνθετική έκδοσή του. «Το βακτηριακό χρωμόσωμα είναι τόσο μεγάλο, που χρειαζόμασταν μια προσέγγιση που θα μας επέτρεπε να δούμε τι θα είχε πάει στραβά, εάν σημειώνονταν λάθη στην πορεία» είπε ο Jason Chin, επικεφαλής των ερευνητών. 

Το τεχνητό γονιδίωμα διαθέτει 4 εκατομμύρια ζεύγη βάσης, με τις μονάδες του γενετικού κώδικα να υποδεικνύονται από τα γράμματα G,A,T και C. Εκτυπωμένες σε κόλλες Α4, πιάνουν 970 σελίδες, καθιστώντας το γονιδίωμα το μεγαλύτερο που έχουν φτιάξει μέχρι τώρα επιστήμονες. 

«Ήταν εντελώς ασαφές κατά πόσον θα ήταν δυνατόν να φτιάξουμε ένα γονιδίωμα τόσο μεγάλο και εάν θα ήταν δυνατόν να το αλλάξουμε τόσο πολύ» σημείωσε ο Jason Chin.

Ο νέος συνθετικός οργανισμός, Escherichia coli Syn61 , σε πλάκες.

Το DNA που βρίσκεται μέσα σε ένα κύτταρο περιέχει τις οδηγίες που χρειάζονται για τη λειτουργία του. Όταν, για παράδειγμα, το κύτταρο χρειάζεται περισσότερη πρωτεΐνη για να αναπτυχθεί, διαβάζει το DNA που κωδικοποιεί τη σωστή πρωτεΐνη. Τα «γράμματα» του DNA διαβάζονται σε τριάδες ονόματι κωδικόνια, πχ TCG και TCA. Οι περισσότερες μορφές ζωής χρησιμοποιούν 64 κωδικόνια, ωστόσο πολλά από αυτά κάνουν τις ίδιες δουλειές. Συνολικά, 61 κωδικόνια (Codons) συνθέτουν 20 φυσικά αμινοξέα, που μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους σαν χάντρες σε κορδόνι προκειμένου να δημιουργήσουν οποιαδήποτε πρωτεΐνη στη φύση. Τρία επιπλέον κωδικόνια αποτελούν «πινακίδες stop»: Λένε στο κύτταρο πότε η πρωτεΐνη έχει τελειώσει. 

Η ομάδα του Κέμπριτζ ανέλαβε να επανασχεδιάσει το E.coli αφαιρώντας κάποια από τα περιττά κωδικόνια. Δουλεύοντας σε υπολογιστή, οι επιστήμονες ανέλυσαν το DNA του βακτηρίου. Όποτε έβρισκαν το κωδικόνιο TCG, ένα κωδικόνιο που φτιάχνει ένα αμινοξύ, το ξαναέγραφαν ως AGC, που κάνει την ίδια δουλειά. Οι ερευνητές αντικατέστησαν άλλα δύο κωδικόνια με παρόμοιο τρόπο. Πάνω από 18.000 τροποποιήσεις αργότερα, οι επιστήμονες είχαν εξαφανίσει τα τρία αυτά κωδικόνια από το γονιδίωμα του βακτηρίου. Το αποτέλεσμα είναι ένα μικρόβιο με εντελώς συνθετικό και δραστικά τροποποιημένο κώδικα DNA. Το Syn61 είναι λίγο πιο μακρύ από ό,τι είναι φυσιολογικό, και αναπτύσσεται βραδύτερα, αλλά επιζεί.

Σύμφωνα με τον Τσιν, τέτοιου είδους μορφές ζωής θα ήταν ιδιαίτερα χρήσιμες: Λόγω διαφορετικού DNA, οι ιοί θα δυσκολεύονταν να εξαπλωθούν μέσα τους, καθιστώντας τες ιδιαίτερα ανθεκτικές. Σημειώνεται πως το E.coli χρησιμοποιείται ήδη στη φαρμακευτική βιομηχανία για τη δημιουργία ινσουλίνης για διαβήτη και άλλες ουσίες για αντικαρκινικές θεραπείες, καρδιοπάθειες κ.α. 

Το 2010 Αμερικανοί επιστήμονες είχαν ανακοινώσει τη δημιουργία του πρώτου οργανισμού στον κόσμο με συνθετικό γονιδίωμα. Το βακτήριο, Mycoplasma mycoides, έχει μικρότερο γονιδίωμα από το E.coli- περίπου ένα εκατομμύριο ζεύγη βάσης- και δεν είχε επανασχεδιαστεί δραστικά. Σχολιάζοντας τη νέα έρευνα, ο Κλάιντ Χάτσισον, της αμερικανικής ομάδας, είπε πως η έκταση της αντικατάστασης γονιδιώματος σε αυτή την περίπτωση είναι μεγαλύτερη από οποιαδήποτε έχει αναφερθεί μέχρι τώρα.

ΑΠΕ