Исследователи из США создали первую полную и полноценно функционирующую синтетическую хромосому дрожжей.

Эта работа является фрагментом общемирового исследовательского проекта по воспроизведению всех 16 хромосом, необходимых для создания полностью синтетического генома дрожжей – исследователи надеются, что эта задача будет решена к 2018-2019 года.

В 2010 Исследователи из Института Крейга Вентера синтезировали бактериальный геном для получения первой живой клетки, процессы в которой контролировались бы искусственной ДНК. Годом позже исследователи из группы Джефа Боеке (Jef Boeke) из Университета Джона Гопкинса в Балтиморе (США) получили частично синтетическую хромосому пивоваренных дрожжей (Saccharomyces cerevisiae). Дрожжи являются эукариотами, и генетика дрожжей с их геномом, состоящим из 11 миллионов нуклеотидных пар, гораздо сложнее синтетического бактериального генома, полученного в Институте Крейга Вентера и состоящего из 583000 пар нуклеотидов.

В новой работе исследователи из группы Боеке продемонстрировали способ создания полностью функционирующей дрожжевой хромосомы III, продемонстрировав возможность создания всех остальных хромосом, проекта Sc2.0, что, наконец, позволило бы получить ответ на ряд фундаментальных для биологии вопросов, а также нащупать пути к разработке новых биотехнологических процессов, в том числе – процессов получения новых вакцин и типов биотоплива.

Том Эллис (Tom Ellis), не принимавший участие в исследовании, результаты которого опубликованы, но занимающийся получением синтетической хромосомы XI в рамках проекта Sc2.0, отмечает важность уже проделанной работы. Он отмечает, что хромосома III дрожжей была первой хромосомой живого организма, полное секвенирование которой было проведено в 1992 году, а сейчас – спустя 22 года эта первая хромосома организма-эукариота, которая была синтезирована.

Исследователи из группы Боеке перелопатили данные о взаимозависимости генов, чтобы лучше понять основы логики и соединения генетического материала, позволяющие клеткам полноценно работать, поэтому, когда подошло время синтезировать хромосомы из нуклеотидов, исследователям удалось избавиться от всех дестабилизирующих элементов, как, например, транспосомы – тип мигрирующих генов, способных изменить свое местоположение в геноме. В результате этого завершенный синтетический геном оказался более устойчивым, позволяя выполнять в клетке более предсказуемую работу, что желательно для биотехнологии.

Несмотря на все изменения, которые были проведены исследователями из группы Боеке на пути от секвенированной хромосомы к синтетической – около 50000 оснований ДНК были подвергнуты делеции, инсерции или замене, синтетическая хромосома работает подобно натуральной хромосоме дрожжей, что и было продемонстрировано на экспериментах с клетками дрожжей.

Эксперт по геномике из Гарварда Джек Жоштак (Jack Szostak) заявляет, что работа Боеке представляет собой уникальное открытие. Он считает, что подвергшаяся «умному дизайну» хромосома может стать хорошим инструментом для будущих экспериментов в области генетике, поскольку методы, использованные и отработанные при синтезе хромосомы, могут применяться и в других экспериментах по генной инженерии.