Исследователи из Университета Маккуори совместно с международной группой ученых достигли важного рубежа в области синтетической биологии, завершив создание последней хромосомы в первом в мире синтетическом геноме дрожжей.
Это достижение представляет собой завершение глобального проекта Sc2.0 по созданию первого в мире синтетического эукариотического генома из Saccharomyces cerevisiae (пекарские дрожжи) и новой для природы тРНК неохромосомы.
Используя передовые методы редактирования генома, включая протокол CRISPR D-BUGS, команда выявила и исправила генетические ошибки, которые влияли на рост дрожжей. Эти изменения восстановили способность штамма расти на глицерине, ключевом источнике углерода, при повышенных температурах.
Прорывное открытие, опубликованное в журнале Nature Communications , демонстрирует, как можно проектировать, создавать и отлаживать модифицированные хромосомы для создания более устойчивых организмов, которые могли бы помочь обеспечить безопасность цепочек поставок продуктов питания и лекарств в условиях изменения климата и будущих пандемий.
«Наступил знаменательный момент в синтетической биологии, - говорит профессор Сакки Преториус, соруководитель исследования и заместитель проректора (по исследованиям) Университета Маккуори. - Это последний фрагмент головоломки, которая вот уже много лет занимает исследователей синтетической биологии».
Профессор Ян Полсен, директор Центра передового опыта в области синтетической биологии Австралийского исследовательского совета (ARC), который был одним из руководителей проекта, говорит: «Успешно создав и отладив финальную синтетическую хромосому, мы помогли завершить мощную платформу для инженерной биологии, которая может произвести революцию в производстве лекарств, экологически чистых материалов и других жизненно важных ресурсов».
Исследовательская группа использовала специализированные инструменты редактирования генов для выявления и устранения проблем в синтетической хромосоме, влияющих на то, насколько хорошо дрожжи могут размножаться и расти в сложных условиях.
Они обнаружили, что размещение генетических маркеров вблизи неопределенных участков генов случайно повлияло на то, как включаются и выключаются важные гены, в частности, затронув такие важные процессы, как метаболизм меди и то, как клетки делят свой генетический материал.
«Одним из наших ключевых открытий стало то, как позиционирование генетических маркеров может нарушить экспрессию важных генов. Это открытие имеет важные последствия для будущих проектов генной инженерии, помогая установить принципы проектирования, которые можно будет применить к другим организмам», - говорит соавтор исследования доктор Хью Гулд, научный сотрудник кафедры первичной промышленности Нового Южного Уэльса и почетный научный сотрудник факультета естественных наук Университета Маккуори.
Завершение сборки генома хромосомы, известной как synXVI, позволяет ученым исследовать новые возможности в метаболической инженерии и оптимизации штаммов.
Синтетическая хромосома включает в себя функции, которые позволяют исследователям генерировать генетическое разнообразие по требованию, ускоряя разработку дрожжей с улучшенными возможностями для биотехнологических приложений.
«Синтетический геном дрожжей представляет собой качественный скачок в наших возможностях биологической инженерии», - говорит доктор Бриардо Льоренте, главный научный сотрудник Австралийского геномного биолитейного завода (Australian Genome Foundry), где при помощи роботизированного оборудования можно проектировать, создавать и тестировать тысячи штаммов в неделю.
«Это достижение открывает захватывающие возможности для разработки более эффективных и устойчивых процессов биопроизводства - от производства фармацевтических препаратов до создания новых материалов», - подчеркнул доктор Льоренте.
Исследование дает ценные идеи для будущих проектов синтетической биологии, включая потенциальные приложения в области инженерии геномов растений и млекопитающих. Новые принципы дизайна синтетических хромосом, разработанные командой, позволяющие избегать размещения потенциально разрушительных генетических элементов вблизи важных генов, помогут всем другим исследователям, работающим над синтетическими хромосомами.
Источник: Macquarie University.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
