Nagy lépés az első mesterséges élőlény felé

2008.01.29. 8:19

Elkészült minden idők legnagyobb ember alkotta DNS-szerkezete. Egy baktérium teljes örökítőállományát hordozó DNS-molekulát hoztak létre mesterséges úton - elsőként a világon - a kaliforniai és marylandi székhelyű J. Craig Venter Intézet (JCVI) laboratóriumában. Ezzel a kutatók nagy lépést tettek végső céljuk, egy teljesen szintetikus élő szervezet megalkotása felé.

A Mycoplasma genitalium nevű baktérium most elkészült szintetikus DNS-e tizennyolcszor hosszabb, mint a korábbi legnagyobb, laboratóriumban felépített DNS-molekula. Az eredmény legfontosabb jelentősége, hogy egy élő sejt teljes örökítőanyagát reprodukálták a kutatók. Nem véletlenül választották kísérletükhöz az egyszerű, parazita baktériumot, hiszen ez az ismert legkisebb örökítőállományú (genomú) élő szervezet.

A kórokozó genomját mindössze 583 ezer nukleotid-bázispár építi fel (a nukleotidbázisok a DNS kémiai építőelemei), és alig ötszáz gént tartalmaz. Összehasonlításként: az ember genomja 3 milliárd bázispár hosszú, s körülbelül 20-25 ezer génünk van. Csakhogy még egy ilyen parányi baktérium genomjának felépítése is hatalmas, biotechnológiai bravúrt igénylő feladat volt. Korábbi próbálkozások során csak vírusok teljes DNS-ét sikerült szintetizálni.

Hogyan gyártsunk kromoszómát?

A fő nehézséget az jelenti, hogy minél hosszabb DNS-t próbálnak összeállítani a "kémcsövekben", a molekula annál törékenyebbé válik, és ezért egyre nehezebb tovább dolgozni vele. A kutatók először 5000-7000 bázispár hosszúságú szakaszokra ("kazettákra") osztották fel a genomot, majd ennek a 101 viszonylag rövid darabnak összeillesztésével próbálták lépésről lépésre felépíteni a teljes kromoszómát.

Elsőként négy-négy ilyen "DNS-kazetta" összefűzésével készítettek 25 darab, egyenként körülbelül 24 ezer bázispár hosszúságú genomrészletet. Ezeket a töredékeket hármasával, 72 ezer bázis hosszúságú "blokkokká" illesztették össze. Az így kapott DNS-darabok már a baktériumkromoszóma nyolcadrészének feleltek meg. A genomblokkokat egy e célra gyakran használt, Escherichia coli nevű baktériumba juttatva "sokszorosították". Következő lépésként 144 ezer bázispár hosszúságú, óriás DNS-darabokat állítottak össze, amelyek a teljes genom negyedrészének feleltek meg.

Ám ezek a molekulák már túl nagyok voltak ahhoz, hogy az E. coli baktériumban sokszorosíthassák őket. A biológusok a Saccharomyces cerevisiae nevű élesztőgomba sejtjeit használták fel erre a célra. Hosszú évek kutatása során kiderült: az élesztősejtekben természetes körülmények között is lezajló, nagyobb DNS-darabok kicserélődésével járó ún. homológ rekombináció révén a szintetikus kromoszóma utolsó darabjait is össze lehet illeszteni - elkészült hát a kb. 583 ezer bázispár hosszú DNS. Csak néhány apróbb változtatást csináltak a genom bázissorrendjében: például egy gént kikapcsoltak, hogy a parazita ne legyen fertőzőképes.

Forrás: Arizona Egyetem, USA

Az ismert legkisebb örökítőállományú (genomú) élő szervezet, a Mycoplasma genitalium nevű baktérium telepei


Mesterséges élő szervezet?

A Mycoplasma genitalium teljes genomjának felépítése nagy mérföldkő az ún. szintetikus genomika történetében. A kutatók végső célja nem kevesebb, mint egy szintetikus élő és működő szervezet megalkotása. A genomika területének egyik legismertebb és legellentmondásosabb alakja, J. Craig Venter és kollégái az 1990-es évek közepén, miután leírták a Mycoplasma genitalium genomszekvenciáját, közzétették a Minimál Genom Program eredményét. Ebben a kísérletükben azt vizsgálták, mi az a minimális genetikai háttér, amely egy élőlény számára nélkülözhetetlen a fennmaradáshoz. Szisztematikusan, lépésről lépésre eltávolították a baktérium génjeit, a legalapvetőbb életműködéshez szükséges géneket keresve.

Venter és munkatársai 2003-ban bejelentették, hogy két hét alatt sikerült szintetizálniuk a Phi X nevű bakteriofág (baktériumot fertőző vírus) 5400 bázispár hosszúságú genomját.

2007 júniusában újabb áttörést jelentettek be az intézet kutatói: egy olyan módszert sikerült kidolgozniuk, amellyel teljes genomot lehet átjuttatni (transzplantálni) egyik baktériumból a másikba. Az új technikával egy ún. Mycoplasma capricolum nevű baktériumból egy másik, Mycoplasma mycoides nevű baktériumot hoztak létre, miután a két örökítőanyagot egyszerűen kicserélték a sejtek között.

A kutatók úgy vélik, hogy a Mycoplasma genitalium most legyártott szintetikus kromoszómáját az említett genomtranszplantációs eljárással bejuttatva egy erre alkalmas sejtbe végre elkészülhet az első mesterségesen létrehozott élő szervezet, amelyet Mycoplasma laboratoriumnak neveznek majd el.

KAPCSOLÓDÓ CIKKEK