Дрожжи получили синтетические хромосомы

Предыдущий шаг в этом направлении – сборка бактерии Mycoplasma с искусственно синтезированным геномом, команда Крейга Вентера проделала с прокариотом – одноклеточным организмом без ядра. На этот раз группа исследователей из Университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University School of Medicine) замахнулась на синтез ДНК эукариота – организма, в клетке которого имеется настоящее ядро.

Самый простой одноклеточный эукариотический организм, и, кроме того, самый генетически изученный, это дрожжи Saccharomyces cerevisiae. С их геномом и поиграли исследователи под руководстовом Джефа Бока (Jef D. Boeke), профессора молекулярной биологии и генетики.

Ученые синтезировали в лаборатории две хромосомы дрожжей (9-ю и 6-ю), точнее, не хромосомы целиком, а по одному «рукаву» из каждой. Поскольку геном дрожжей расшифрован, в их распоряжении была матрица, по которой проводили синтез. Процесс происходил в несколько этапов: сначала собирали короткие последовательности нуклеотидов, затем, при помощи бактерии кишечной палочки, соединяли их в длинные фрагменты.

Части синтетических хромосом биологи вставили в клетки дрожжей и убедились в том, что химерные клетки жизнеспособны. Полусинтетические дрожжи росли на разных питательных средах не хуже природных дрожжей.

Важнейшей задачей проекта было проследить механизм эволюции генома, и с этой целью в полусинтетические хромосомы добавили особую последовательность нуклеотидов – «систему индуцированной эволюции» SCRaMbLE (сокращение от Synthetic Chromosome Rearrangement and Modification by Lox-P mediated Evolution). Система обеспечивала в 9-й и 6-й хромосомах вырезание и перетасовку генов – геном изменялся при попадании в разные условия – ученые наблюдали «эволюцию в пробирке».

Некоторые из линий полусинтетических хромосом погибли, но другие выжили. Изучив геном выживших, ученые увидели, что в 9-й и 6-й хромосомах какие-то участки выпали, другие перетасовались. Исследователи проследили, какие синтетические гены остались в клетках, а какие были отбракованы в ходе «эволюции в пробирке».

«Если представить геном дрожжей как колоду карт, то теперь у нас есть инструмент, который позволяет составлять из этой колоды разные комбинации, – объясняет Бок. – Одни колоды хороши для покера, другие – для преферанса. Перетасовывая ДНК в соответствии с нашими задачами, мы можем создавать организмы заданного дизайна. Что касается дрожжей, то таким путем можно сделать дрожжи, которые вырабатывают больше этанола».

Статья с результатами исследования опубликована сегодня в Nature.