Синтетична хромозома
Бързото развитие на биотехнологиите през последните две десетилетия позволява на учените да работят и да правят открития със скорост, за която учените не са мечтали дори преди 50 години. Амбициозният проект за човешкия геном на NIH отне 13 години (1990-2003 г.), за да определи нуклеотидната последователност на човешкия геном. Частната компания Celera Genomics, водена от Крейг Вентър, започна паралелен проект за секвениране на човешкия геном много по-късно, през 1998 г., но благодарение на значителното развитие на технологиите в областта на молекулярната биология, завърши пълното секвениране на генома в по същото време (всъщност там беше все по-трудно - вижте „Човешкият геном: как беше и как ще бъде” [1]). Същата година Вентър имаше много причини да се гордее: ръководеният от него екип от изследователи не само завърши работата много по-бързо, но и много по-икономично. Celera Genomics похарчи десет пъти по-малко пари от подобен проект на NIH (само 300 милиона долара в сравнение с 3 милиарда долара). Оттогава Venter отдавна е създател на тенденции в молекулярната биология, работи в челните редици на науката и се възползва от най-новите технологии.
Първият синтез на еукариотната хромозома
Хлебната мая Saccharomyces cerevisiae е еукариотна (точно като хората и другите животни) и следователно има много по-сложен геном от бактерията Mycoplasma mycoides, геномът на който е синтезиран от екипа на Venter [2, 3]. Синтетичната дрождова хромозома от групата на Boeke е леко модифицирана трета хромозома от генома на S. cerevisiae и съставлява около 2,5% от общия геном (състоящ се от 12 милиона базови двойки). Изследователите го наричат synIII "дизайнерска" хромозома, защото те направиха промени в нуклеотидния състав на хромозомата, премахвайки некодиращи последователности и добавяйки последователности, необходими за по-нататъшни изследвания. Синтетичният геном на Mycoplasma mycoides, създаден от групата на Вентър, също съдържа определени промени: няколко изтрити гени и „водни знаци“ - допълнителни ДНК последователности, кодиращи имената на основните участници в проекта. Когато сглобява дрожжевата хромозома, Boeke отива по-далеч: целта му е не само да синтезира хромозомата от нулата, но и да направи промени в нея, които ще помогнат за по-нататъшни изследвания. „Не се съмнявах, че ще успеем да синтезираме хромозомата“, казва Боке. - „Основният въпрос беше как да се направят някои промени в естествената структура на хромозомата, така че резултатът наистина да си струва усилията“ [5]. За целта изследователите разработиха специален генетичен подход - SCRaMbLE, който ви позволява да изрежете отделни гени от хромозомата и да проучите ефекта от тези промени върху жизнената активност на S. cerevisiae (вижте страничната лента).
Спешно излитане!
SCRaMbLE (пренареждане и модифициране на синтетична хромозома чрез медиирана от loxP еволюция) е подход, който позволява на учените да контролират контролирано синтетичен ген, като премахват определени гени от него [6]. Това може да се постигне със системата за рекомбинация Cre-Lox.
Тази система се основава на ензима Cre-рекомбиназа, изолиран от бактериофаги. Този ензим изрязва участъци от ДНК, разположени между специални loxP последователности (тези участъци се наричат флоксирани - от етанкизд отЛоксP сайтове). В същото време рязането е възможно само когато Cre- и floxed-региони присъстват в една и съща клетка. Ако едно нещо присъства в клетката, тогава нищо няма да се случи. Следователно, ако е необходимо да „изключите“ ген, е необходимо да го обградите с две loxP последователности и да принудите клетката да експресира Cre рекомбиназа.