Man-Made Genetiske Instruksjoner Yield Living Cells for første gang


Denne historien ble oppdatert klokka 17:00 Den første mikroben som lever helt etter genetisk kode syntetisert av mennesker, har begynt å proliferere ved et laboratorium i J. Craig Venter Institute (JCVI). Venter og hans kolleger brukte et syntetisk genom - den genetiske instruksjonen satt for livet - å bygge og drive en ny syntetisk stamme av Mycoplasma mycoides- bakterier, ifølge en elektronisk rapport publisert 20. ma

Denne historien ble oppdatert klokka 17:00

Den første mikroben som lever helt etter genetisk kode syntetisert av mennesker, har begynt å proliferere ved et laboratorium i J. Craig Venter Institute (JCVI). Venter og hans kolleger brukte et syntetisk genom - den genetiske instruksjonen satt for livet - å bygge og drive en ny syntetisk stamme av Mycoplasma mycoides- bakterier, ifølge en elektronisk rapport publisert 20. mai av Science .
"Dette er den første selvrepliserende cellen på planeten for å få en datamaskin til en forelder, " sa J. Craig Venter under en pressemelding den 20. mai. "Det er også den første arten som har et nettsted i sin genetiske kode. "
I de siste 15 årene har genomene av tusenvis av organismer blitt sekvensert og deponert i databaser. "Vi kaller denne digitaliseringsbiologien, " forteller JCVI molekylærbiolog Daniel Gibson. "Vi viser nå at det er mulig å reversere dette og syntetisere celler som starter fra denne digitaliserte informasjonen. .Vi refererer til cellen vi har opprettet som en syntetisk celle fordi den er en celle styrt av et genom sammensatt av kjemisk syntetiserte DNA-stykker ."
Med andre ord sammensatte en kjemisk syntetiserer sammen korte kortvarige gjengivelser av menneskeskapte adenin, cytosin, guanin og tymin som deretter ble samlet inn i et fungerende genom som med hell kan produsere proteiner som muliggjør liv. Ved å bruke strekker av DNA, kjent som kassetter, omtrent 1000 basepar i lengde, samlet forskerne en forenklet versjon av M. mycoides genom fra grunnen i en rekke E. coli og gjærceller. Det endelige syntetiske genomet - mer enn en million basepar lange - ble deretter satt inn i en eksisterende Mycoplasma capricolum- celle. Den syntetiske cellen fortsatte å oppføre seg som en M. mycoides, som produserte proteiner fra instruksjonene kodet av det syntetiske genomet og jevnt delte og voksende.
"Det er en stor avtale, " genetiker og teknologiutvikler George Church of Harvard Medical School sier om prestasjonen. "Det er ikke inkrementelt, men det er heller ikke endelige", og noterer at andre grupper allerede leverer nyttige produkter fra delvis reenginerte genomer, som for eksempel biodrivstoff fra ingeniør E. coli .
Biologisk ingeniør Drew Endy fra Stanford University klarte å tenke på denne etableringen. "Det er ikke genesis, det er ikke som om mus kommer fra en haug med skitne filler i et hjørne, " sier han. "Det riktige ordet er poesis, menneskelig konstruksjon. Vi kan nå gå fra informasjon og få en reproduserende organisme. Den legger ned gitaren for oss å lære å manipulere genomene."
Å komme til dette punktet var ikke uten sine utfordringer, inkludert å kreve minst $ 40 millioner i investering i relevante eksperimenter de siste 15 årene, primært finansiert av Vents private firma Synthetic Genomics og US Department of Energy, blant andre. Forskerne startet med den hensikt å syntetisere genomet av Mycoplasma genitalium, som har den minste kjente naturlige genetiske instruksjonssettet. Men den organismeens langsomme vekst og andre egenskaper førte dem til å dike den til fordel for genetisk mer komplekse fettere som M. mycoides og M. capricolum . For å forenkle ting, slettet de 14 gener fra M. mycoides naturlige genom, etterlot hundrevis.
Forskerne kunne da ikke finne en måte å overføre genomer fra en bakterieart til en annen, og til slutt anskaffe gjæren som en samlingsvei-stasjon, noe som muliggjør enklere manipulering av genetisk materiale og overvinne naturlig motstand i mikroberene for å tinker med deres DNA. Gjæren kopierer også det syntetiske genomet mange ganger med sin egen for å tillate reservedeler for eksperimenter, mens man legger til sine egne genetiske vendinger, slik som åtte enkle nukleotidpolymorfier som nå finnes i det syntetiske genomet. Faktisk er det 19 totale nukleotidsekvensforskjeller mellom det syntetiske genomet og dets naturlige analog. Og så langt kan genomene bare byttes mellom nært beslektede arter. "Nå vet vi ikke hvor langt fylogenetisk det er donor og mottaker, " sa JCVI mikrobiolog Carole Lartigue ved 20. mai.
Men når dette syntetiske genomet ble satt inn, ville den verste cellen mislykkes "og vi visste ikke hvorfor, " sier Gibson. Ved å krysse gjennom hele genomet genet ved gen, fant de den dødelige feilen etter tre måneders arbeid: en enkelt manglende base i DNANA- genet som er nødvendig for livet. "Nøyaktighet er viktig, " sa Venter. "Det er deler av genomet der det ikke kan tolerere enda en eneste feil."
Selvfølgelig gjenstår resten av den opprinnelige cellen "naturlig", fra cytoplasmaet ned, men milliarder av datterceller er samlet helt fra proteiner kodet av det syntetiske genomet. Når det perfeksjonerte syntetiske M. mycoides- genomet ble satt inn i M. capricolum, oppdaget den 26. mars den naturlige cellens maskineri og var opptatt av å arbeide levende, lage proteiner og til slutt deles og blomstrer. Ved 29. mars fant forskerne en blomstrende blå koloni av M. capricolum som lever som syntetisk drevne M. mycoides . "Cellene med kun det syntetiske genomet er selvrepliserende og i stand til logaritmisk vekst, " forskerne skrev, og vokste "litt raskere" enn sine naturlige jevnaldrende.
Venter og hans kolleger innbefattet også fire "vannmerker" i koden for å skille den syntetiske mikrobe-dubbed Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 fra naturlige organismer, inkludert 46 navn på vitenskapelige bidragsytere til det syntetiske genomet, en e-postadresse og et nettsted basert på en kode som er avledet fra de fire bokstavene til basene og 64 kombinasjoner av de fire bokstaver, eller tripler, mulig i den genetiske koden. "Når du legger engelsk tekst inn i [koden], genererer den svært hyppige stoppkodoner i den genetiske koden og vil ikke produsere store proteiner, sier JCVI-mikrobiologen Hamilton Smith, en nobelprisvinner i medisin. "Det er designet for å være biologisk nøytralt."
Gibson legger til: "Hvis man kan oversette vannmerke-sekvensene, vil de kunne sende oss en e-post og bevise at de dekoder sekvensene."
Den menneskeskapte genetiske koden inneholder også tre sitater: "Å leve, forfeile, falle, triumfere og gjenopprette livet ut av livet" fra James Joyce; «se ting ikke som de er, men som de er» fra Robert Oppenheimer via den etiske kulturskolen i New York City; og "hva jeg ikke kan bygge, kan jeg ikke forstå" fra fysikeren Richard Feynmann.
Når det gjelder de første syntetiske cellene, ligger de nå dormant i en JCVI-fryser. "Hvis det er et cellemuseum, kan vi donere det, " sa Venter. "Hvis vi trenger det, kan vi tine det ut og det begynner å kopiere igjen."
Hva kan gå galt
Bare faktumet av menneskets rettet liv i laboratoriet vekker sine egne bekymringer, inkludert potensialet for syntetisk liv for å unnslippe laboratoriet og utrydde sine naturlige fettere eller infisere dem med syntetisk DNA gjennom horisontal genoverføring. Forskjellige metoder for å kontrollere dette er blitt foreslått, inkludert bygging av genetiske sekvenser som ikke kan eksistere i naturen, konstruksjon i svakheter til menneskeskapte celler, eller til og med å sette inn selvmordssgener som dræper organismen hvis den blir fjernet fra laboratoriemiljøet. "Vi er avhengige av alger for en del av oksygenet vi puster, det ville være vondt hvis vi slo det opp, " bemerket Venter.
Menneskeskapte kreasjoner er sannsynligvis skjøre i forhold til deres robuste naturlige motstykker som har blitt konstruert av milliarder år med evolusjon og konkurranse, Kirkens notater, men han krever også streng ettersyn som skal bygges inn i prosessen med å jobbe med eller skape slike syntetiske organismer. "Den første beskyttelsen viser seg å være å få andre til å vurdere arbeidet du skal gjøre, så det er ikke en person som kommer opp med en ide på benken, " tilføyer Endy. "Det er et kamerasystem hvis du vil."
Tross alt er JCVI-forskerne "nå klar til å bygge forskjellige organismer, " sier Gibson. "Vi vil gjerne bruke tilgjengelig sekvenseringsinformasjon og lage celler som kan produsere energi, farmasøytiske forbindelser, industrielle forbindelser og sekvestrert karbondioksid."
Faktisk håper Venter å bruke teknikkene til å begynne å syntetisere antivirale vaksiner i dager i stedet for uker eller måneder. "Vi har løpende finansiering fra [National Institutes of Health] i et program med Novartis for å bruke disse nye syntetiske DNA-verktøyene for å kanskje få influensavaccinen du kan få neste år, " sa Venter, og utviklet vaksiner for virus som hadde tidligere eliminert behandling på grunn av deres evne til raskt å mutere, slik som rhinovirus (forkjølelse) og HIV (AIDS). Og forskerne håper å tinker med de minst 2 millioner baseparene i et algengenomet for å hjelpe det mer effektivt å skifte sollys og CO2 til hydrokarboner.
Å takle enda mer komplekse genomene forblir en skremmende oppgave, så mange av de involverte forskerne vil nå fokusere på et forsøk på å skape det enkleste genomet som fortsatt kan tillate livet. "Vi kan whittle unna på det syntetiske genomet og gjenta transplantasjonsforsøk til ingen flere gener kan bli forstyrret og genomet er så lite som mulig, " sier Gibson, og anslår at dette kan være mindre enn halvparten av de mer enn en million basepar som kreves av dette første syntetiske genomet. "Dette vil hjelpe oss å forstå funksjonen til hvert gen i en celle og hvilket DNA som kreves for å opprettholde livet i sin enkleste form." I tillegg til hva DNA kan være ønsket for en fremtidig syntetisk biologi.

Biospheric Bartering: Debtor Nations Betal regningene og bevare sine ressurserKlimaendring Remobiliserer Long Buried Pollution som arktiske ismelterKeystone XL Oljepipeline forverrer klimaendringKjør ned: Dammer, forurensning Reduser vestkystslaksnummerHøye IQ kan bidra til å redusere posttraumatisk stressFacet-Lift: Selvmonterende nanopartikler kan gi nøkkel til nye materialerTilbake til startHaig Donabedian: Finne en medisinsk nisje