Биологи создадут полностью искусственные дрожжи к 2019 году

Через два года будет выращен организм, содержащий только самые нужные биотехнологам гены, а сейчас несколько лабораторий по всему миру готовят для него набор ДНК.

Учёные сообщили о существенном прогрессе в реализации проекта Sc2.0 ("Синтетические дрожжи"). Его конечным результатом станет живая клетка дрожжей с полностью синтетическим геномом. Биологи уже закончили работу над её генетическим кодом и синтезировали шесть из шестнадцати хромосом. Этому событию посвящена целая серия статей, ставших главной темой свежего номера журнала Science.

Обыкновенные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) применяются
невероятно широко — от приготовления теста, пивоварения и виноделия до производства антибиотиков и спирта. Дрожжи являются одним из ключевых модельных объектов в современной биологии. Для различных целей созданы и используются тысячи генетически модифицированных линий. Сегодня процесс их получения хорошо отлажен, но каждый раз создание нового варианта остаётся отдельной и притом сложной задачей. Авторы проекта "Синтетические дрожжи" (Sc2.0) и собираются её облегчить, создав искусственную клетку с хромосомами, уже адаптированными для работы генетиков.

Идея объединила сотни учёных США, Китая, Европы и Австралии во главе с Джефом Бёке (Jef Boeke), директором Института генетических систем при медицинском центре Нью-Йоркского университета. Используя обширные данные по геномам разных штаммов дрожжей, учёные сопоставили их, отбросив некоторые не влияющие на жизнеспособность фрагменты ДНК. Кроме того, генетический код был "оптимизирован": модификация одних участков повысила его защиту от случайных мутаций, другие изменения упростили управление активностью отдельных генов.

Кроме того, из трёх стоп-кодонов — коротких фрагментов, которые обозначают концы кодирующих белки генов — был оставлен только один. На него же переориентировали и белки, которые считывают этот код. Высвободившиеся два кодона впоследствии можно будет использовать для кодирования каких-то других сигналов или включения в белки нестандартных аминокислот.

К настоящему моменту работа по "редактированию" генома в компьютере закончена. Учёные перешли к их практическому получению. Для ускорения работы 16 хромосом были разделены между 10 лабораториями мира. Каждая команда синтезирует свой участок фрагмент за фрагментом, шаг за шагом заменяя ими гомологичные участки в "натуральной" хромосоме. В итоге замена оказывается полной и клетка получает новую синтетическую хромосому.

Сама концепция была продемонстрирована ещё в 2014 году на примере одной хромосомы. Теперь же такая работа завершена ещё для пяти хромосом — журнал Science представляет пять детальных статей с отчётами исследовательских групп. Ещё одна статья посвящена изучению структур и поведения этих хромосом в клеточном ядре, и, наконец, седьмая представляет обзор проекта в целом.

По словам учёных, несколько следующих хромосом уже находятся в работе. Если всё пойдёт по плану, то уже через два года будут созданы синтетические "дрожжи 2.0". Помимо 16 стандартных для них хромосом они будут иметь и 17-ю, полностью искусственную. В неё учёные перенесли некоторые гены, необходимые для белкового синтеза. Это сделано для удобства будущей модификации такого "настраиваемого" организма.

"Дрожжи 2.0" станут первым эукариотическим (имеющим клеточные ядра) организмом с полностью искусственным набором генов. До этого специалисты из Института Крейга Вентера создали несколько вариантов бактерий (т.е. более простых, безъядерных организмов) с минимально возможным набором ДНК. Последняя версия содержит всего 473 гена и может, как и "натуральные" бактерии, расти и размножаться.