O etapă importantă a fost atinsă în cadrul unui proiect de 17 ani de creare a unui genom sintetic pentru celulele de drojdie. Cercetătorii au dezvăluit în această săptămână, în 10 lucrări noi, că au reușit să creeze variante designer pentru toți cromozomii de drojdie și au reușit să includă aproape jumătate dintre acestea în celule capabile să supraviețuiască și să se reproducă.

Geneticianul Jef Boeke, directorul proiectului și colegii săi, au editat deja genomul drojdiei și al multor altor organisme cu ajutorul tehnologiilor de editare genetică, cum ar fi CRISPR. Construirea unei noi variante de genom de la zero este însă un prospect diferit: deschide calea pentru a aduce modificări majore genomului unui organism și pentru a aprofunda organizarea, funcția și evoluția acestuia.

Dezvoltarea genomurilor sintetice ar putea facilita, de asemenea, modernizarea multor organisme vitale pentru industrie, agricultură și medicină. Drojdia, de exemplu, nu numai că menține în viață fabricile de bere și de vinuri, dar este folosită și pentru a produce multe substanțe chimice și medicamente, inclusiv insulină. Cu un genom sintetic, putem evolua tulpinile mai rapid și putem găsi gene importante pentru optimizarea producției, spune Boeke.

Oamenii de știință au creat deja genomuri artificiale pentru mai mulți viruși și bacterii, dar drojdia ar putea fi primul organism eucariot, sau nucleat, care să facă acest lucru. Specia de drojdie folosită de cercetători, Saccharomyces cerevisiae, are 16 cromozomi și este mult mai dificilă decât bacteriile, care au de obicei un singur cromozom și mult mai puțin ADN. Lansat în 2006, proiectul "Genomul sintetic al drojdiei" a implicat oameni de știință din peste o duzină de instituții din întreaga lume pentru a aborda această problemă.

Cercetătorii nu au încercat să reproiecteze genomul ca nucleotid. În schimb, au refăcut genomul nativ al drojdiei, adăugând mii de modificări care îi simplifică structura, îi sporesc stabilitatea și îl fac mai ușor de studiat. De exemplu, ei au eliminat transpozonii, porțiuni de ADN rătăcitoare care sar dintr-un loc în altul în genom și rup secvențe de ADN.

De asemenea, genomul a fost scurtat prin eliminarea multor introni, porțiuni de ADN care nu codifică proteine. Pentru ca noul genom al drojdiei să fie mai ușor de manipulat în experimentele viitoare, echipa a inclus sute de secvențe scurte de ADN care pot fi folosite pentru a reordona secțiuni de cromozomi.

În majoritatea cazurilor, cercetătorii au lăsat genele pe cromozomii lor originali. Cu toate acestea, Yizhi Cai, un biolog sintetic de la Universitatea din Manchester și liderul internațional al proiectului, și echipa sa au creat, de asemenea, un nou cromozom 17, care găzduiește 275 de gene tRNA în drojdie. Acestea codifică moleculele de ARN care transportă aminoacizi, elementele constitutive ale proteinelor. Deși tARN-urile sunt esențiale pentru sinteza proteinelor, genele lor cauzează multe probleme în genom, spune Cai, deoarece sunt puncte fierbinți de deteriorare a ADN-ului, în jurul cărora pot apărea rupturi.

Prin izolarea acestor gene deranjante pe un cromozom, cercetătorii au sperat să le îmblânzească. Au descoperit că celulele de drojdie rezultate au fost capabile să supraviețuiască și să crească cu noul cromozom - deși mai lent decât celulele nemodificate, scriu experții în studiul lor.

Alte grupuri au demonstrat că toți cromozomii pot fi construiți cu succes de la zero. Boeke și colegii săi au creat în cele din urmă o versiune de drojdie care conținea șase cromozomi sintetici de dimensiuni complete și un fragment dintr-un alt cromozom sintetic. Această versiune a crescut mai lent decât în mod normal din cauza unor erori genomice dăunătoare, dar odată ce cercetătorii au identificat și corectat aceste erori, a crescut la fel de repede ca și celulele originale. Au adăugat apoi un alt cromozom sintetic, astfel încât în aceste celule mai mult de 50% din ADN era sintetic.

Alte studii, oamenii de știință din cadrul proiectului raportează, printre altele, că au testat efectele unor modificări structurale specifice în celulele cu cromozomi sintetici. De exemplu, prin deplasarea regiunii centromerului, joncțiunea dintre brațele cromozomului care este esențială pentru diviziunea celulară, ei au descoperit că o mică secțiune de ADN de lângă centromer ajută la menținerea stabilității cromozomilor. Iar mutarea cromozomilor în interiorul nucleului a arătat că poziționarea lor în apropierea limitei nucleare duce la limitarea genelor.

Echipa lucrează acum la înlocuirea cromozomilor originali rămași cu cromozomi sintetici. Boeke se așteaptă să aibă un genom de drojdie complet sintetic în decurs de un an.