Fontos mérföldkőhöz érkezett egy 17 éve futó projekt, amelynek célja az élesztősejtek szintetikus genomjának megalkotására. A kutatók a héten 10 új közleményben mutatták be, hogy az összes élesztőkromoszóma dizájnváltozatát sikerült létrehozniuk, és ezek csaknem felét sikerrel belefoglalták a túlélésre és szaporodásra képes sejtekbe.

Jef Boeke genetikus, a projekt igazgatója és társai az élesztő és számos más organizmus genomját is megmunkálták már olyan génszerkesztési technológiák segítségével, mint a CRISPR. De egy új genomváltozat alapoktól való felépítése egészen más lehetőségekkel kecsegtet: megnyitja az utat ahhoz, hogy nagyobb változtatásokat hajtsanak végre egy organizmus genomjában, és mélyebbre ássanak annak szerveződésében, működésében és evolúciójában.

A szintetikus genomok kifejlesztése megkönnyítheti az ipar, a mezőgazdaság és az orvostudomány számára létfontosságú számos organizmusok korszerűsítését is. Az élesztő például nemcsak a sörfőzdéket és a borászatokat tartja életben, hanem számos vegyi anyagot és gyógyszert, köztük inzulint is termeltetnek vele. A szintetikus genommal gyorsabban tudjuk fejleszteni a törzseket, és megtalálhatjuk a termelés optimalizálásához fontos géneket, mondja Boeke.

A tudósok már több vírus és baktérium mesterséges genomját is létrehozták, de az élesztő lehet az első eukarióta, vagyis sejtmaggal rendelkező organizmus, amelynél ez megvalósulhat. A kutatók által használt élesztőfaj, a Saccharomyces cerevisiae 16 kromoszómát hordoz, és sokkal nagyobb kihívást jelent, mint a baktériumok, amelyeknek jellemzően egyetlen kromoszómájuk és sokkal kevesebb DNS-ük van. A 2006-ban indított projekt (Synthetic Yeast Genome Project) során a világ több mint egy tucat intézményének tudósait vonták be a probléma megoldásába.

A kutatók nem próbálták meg nukleotidonként újratervezni a genomot. Ehelyett a natív élesztőgenomot dolgozták át, több ezer módosítást adva hozzá, amelyek egyszerűsítik a szerkezetét, növelik a stabilitását és megkönnyítik a tanulmányozását. Például kivágták a transzpozonokat, a DNS vándorló szakaszait, amelyek a genomban egyik helyről a másikra ugrálnak, és megszakítják a DNS-szekvenciákat.

A genomot azzal is rövidebbre szabták, hogy számos intront, azaz olyan DNS-szakaszt távolítottak el, amely nem kódol fehérjét. És hogy az új élesztőgenomot könnyebb legyen manipulálni a jövőbeli kísérletek során, a csapat több száz rövid DNS-szekvenciát épített be, amelyekkel a kromoszómák egyes szakaszait átrendeződésre késztethetik.

A legtöbb esetben a kutatók a géneket az eredeti kromoszómájukon hagyták. Yizhi Cai, a Manchesteri Egyetem szintetikus biológusa, a projekt nemzetközi vezetője és csapata azonban egy új, 17. kromoszómát is létrehozott, amely az élesztő 275 tRNS-génjének ad otthont. Ezek olyan RNS-molekulákat kódolnak, amelyek aminosavakat, a fehérjék építőköveit szállítják. Bár a tRNS-ek nélkülözhetetlenek a fehérjeszintézishez, génjeik sok gondot okoznak a genomban, mondja Cai, mert a DNS-károsodás gócpontjai, amelyek környékén törések történhetnek.

Azzal, hogy ezeket a zavaró géneket egy kromoszómára izolálták, a kutatók azt remélték, hogy meg tudják szelídíteni őket. És úgy találták, hogy az így létrehozott élesztősejtek képesek túlélni és növekedni az új kromoszómával – bár lassabban a nem módosított sejteknél, írják a szakértők tanulmányukban.

Más csoportok megmutatták, hogy az összes kromoszómát sikeresen meg lehet építeni a semmiből. Boeke és munkatársai végül olyan élesztőverziót is létrehoztak, amely hat teljes méretű szintetikus kromoszómát és egy másik szintetikus kromoszóma töredékét tartalmazta. Ez a változat néhány káros genomikai hiba miatt a normálisnál lassabban nőtt, de miután a kutatók azonosították és kijavították ezeket, körülbelül olyan gyorsan nőtt, mint az eredeti sejtek. Ezután egy újabb szintetikus kromoszómát is hozzáadtak, így ezekben a sejtekben a DNS-nek már több mint 50%-a szintetikus volt.

A többi tanulmányban a projekt tudósai többek közt arról számolnak be, hogy a szintetikus kromoszómákkal rendelkező sejtekkel specifikus szerkezeti változások hatásait tesztelték. Például a centromer régió, a kromoszómakarok közötti, a sejtosztódáshoz nélkülözhetetlen csomópont elmozdítása révén kiderítették, hogy a centromer melletti kis DNS-szakasz segít stabilizálni tartani a kromoszómákat. A kromoszómák sejtmagon belüli áthelyezése pedig azt mutatta, hogy a sejtmag határához közeli pozicionálás a gének elnémulásához vezet.

A csapat most azon dolgozik, hogy a maradék eredeti kromoszómákat is szintetikusra cserélje. Boeke arra számít, hogy a teljesen szintetikus genomú élesztőváltozat egy éven belül elkészülhet.