Спустя более десяти лет интенсивных исследований научное сообщество празднует историческое достижение: завершена сборка последней хромосомы в полностью синтетическом геноме пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Этот успех знаменует собой поворотный момент в синтетической биологии, открывая путь к перепрограммированию живых организмов в лабораторных условиях.
Почему именно дрожжи?
Международная команда исследователей под руководством учёных из Университета Маккуори (Австралия) выбрала дрожжи в качестве модельного организма не случайно. Этот одноклеточный гриб служит не только основой для хлеба и пива, но и является мощным инструментом биотехнологии. Создание его синтетического генома — это демонстрация потенциала для будущего производства продуктов питания, устойчивых к изменению климата и глобальным эпидемиям растений.
Переход на новый уровень сложности
Данная работа представляет собой первый в мире пример создания полноценного синтетического генома эукариота — организма, клетки которого, как и у человека, имеют ядро. Ранее успехи были достигнуты лишь с более простыми прокариотическими бактериями. Завершение проекта Sc2.0 (Synthetic Yeast 2.0) доказывает, что учёные теперь могут синтезировать и перестраивать геномы значительно более сложных существ, включая будущие сельскохозяйственные культуры.
«Это знаменательный момент для всей области синтетической биологии, — заявил молекулярный микробиолог Сакки Преториус. — Последняя хромосома стала финальным элементом головоломки, над которой бились исследователи многие годы».
Не конечная точка, а новый старт
Важно понимать, что результат не означает возможность мгновенного «выращивания» дрожжей из неживой материи. Однако он подтверждает, что живые дрожжевые клетки теперь можно полностью «перекодировать». Впереди — масштабная работа по отладке, оптимизации и масштабированию этого процесса для практического применения.
Аналогия с программированием здесь весьма точна. Учёным пришлось потратить немало времени на «отладку» 16-й и последней синтетической хромосомы, названной SynXVI. Чтобы заставить геном работать корректно, использовались передовые инструменты редактирования генов, включая систему CRISPR-Cas9. Одной из задач было, например, научить дрожжи эффективно использовать глицерин в качестве источника энергии при повышенных температурах для повышения их устойчивости.
Неожиданные сложности и открытия
Исследователи столкнулись с неочевидными проблемами. Оказалось, что критически важным является не только состав, но и расположение генетических маркеров — специальных последовательностей ДНК, используемых для отслеживания изменений в геноме. Их неудачное размещение может нарушить работу ключевых генов и повлиять на поведение всей клетки.
«Ключевым открытием для нас стало понимание, как расположение генетических маркеров может негативно влиять на экспрессию важных генов», — пояснил биолог-синтетик Хью Гоулд.
Обратите внимание: Японские ученые осваивают технологии создания детей из клеток кожи.
Широкие горизонты применения
Проект Sc2.0 имеет значение далеко за пределами модификации дрожжей. Те же принципы конструирования и сборки геномов в будущем могут быть применены для ускоренного и более эффективного производства лекарств, вакцин, биотоплива и новых устойчивых материалов. Достижения в этой области становятся возможными благодаря стремительному развитию технологий, включая роботизированные платформы, подобные Australian Genome Foundry, которые сыграли crucial роль в данном исследовании.
«Синтетический геном дрожжей — это квантовый скачок в нашей способности к инженерной биологии, — считает биолог-синтетик Бриандо Льоренте. — Это достижение открывает захватывающие возможности для разработки более эффективных и устойчивых процессов биопроизводства, от синтеза фармацевтических препаратов до создания принципиально новых материалов».
Результаты этого масштабного исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале Nature Communications.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.