Биологи представили первый полностью искусственный геном дрожжей и детальную инструкцию по его воссозданию

Международный научный консорциум, реализующий проект Sc2.0 (Synthetic Yeast Genome Project) по созданию первого в истории искусственного генома эукариот, представил исчерпывающее методическое руководство по его сборке. В публикации детально проанализированы как успешные технологические решения, так и критические барьеры, с которыми столкнулись более 200 исследователей из десяти ведущих институтов мира в ходе работы над амбициозной задачей.

Миссия Sc2.0 заключалась в радикальном перепроектировании и химическом синтезе «de novo» всех 16 хромосом пекарских дрожжей. В процессе работы ученые элиминировали нестабильные генетические элементы, интегрировали молекулярные маркеры (водяные знаки) для идентификации синтетических последовательностей и внедрили систему SCRaMbLE, позволяющую перестраивать структуру генома для изучения функций отдельных звеньев. В отличие от классической генной инженерии, предполагающей точечную правку существующего кода, Sc2.0 осуществил фундаментальную перезапись генома, состоящего из 12 миллионов пар нуклеотидов.

Сборка осуществлялась крупными блоками из тысяч пар оснований, которые последовательно внедрялись в живые дрожжевые клетки. Организм самостоятельно задействовал внутренние механизмы репарации для интеграции синтетических сегментов. Несмотря на строго регламентированные протоколы проектирования, каждая исследовательская группа на практике сталкивалась с однотипными технологическими вызовами.

Опубликованное руководство систематизирует выявленные «баги», что позволит будущим специалистам в области синтетической биологии избежать повторения типичных ошибок. К примеру, было обнаружено, что миниатюрные ДНК-маркеры, задуманные как нейтральные, порой непредсказуемо нарушали экспрессию генов. Ряд участков ДНК, считавшихся ранее второстепенными, при удалении провоцировал серьезные аномалии роста. Кроме того, выяснилось, что дрожжи не способны регенерировать митохондриальный геном с нуля — любое его повреждение требовало сложной «спасательной операции» по выявлению дефектов и последующему восстановлению здоровой популяции митохондрий через селективное скрещивание.

В ходе проекта были разработаны инновационные инструменты отладки, такие как Pooled PCRtag Mapping (метод экспресс-идентификации проблемных мутаций в сотнях колоний одновременно) и CRISPR D-BUGS — технология, комбинирующая высокоточное редактирование со стратегиями отбора жизнеспособных штаммов.

Наработанный опыт уже лег в основу новых инициатив, включая разработку первого синтетического хромосомного набора для агрокультур. Проект, финансируемый Великобританией на сумму 24 миллиона австралийских долларов, направлен на адаптацию технологий синтетической биологии для нужд растениеводства. Ввиду сложности организации растительных клеток, искусственные хромосомы сначала конструируются в дрожжевой среде и лишь затем переносятся в целевой растительный организм.

Источник: iXBT