Sintezni genom je tu

Kot je logično predvidel že profesor Nekrep v svojem blogu (26. januarja), ne morem mimo spletne (pred)objave članka sodelavcev Instituta J. Craiga Venterja (JCVI) v reviji Science. Objavili so, kako so pripravili sintezni bakterijski genom. O tem sem res pisal že oktobra, ko so članek najavili pri časopisu Guardian in je kazalo, da je objava stvar dni ali kvečjemu tednov. Vseeno pa je trajalo še več kot tri mesece, da so članek resnično objavili.

Naslov današnjega prispevka je sicer zavajajoč, saj objavljeni genom v resnici ni povsem prvi, ki so ga raziskovalci poustvarili v laboratoriju. Pred tem so leta 2003 pripravili sintezni genom bakteriofaga X174, ki je dolg 5.386 bp (PNAS), leta 2005 pa delno sintezni genom faga T7 (Mol. Syst. Biol.: sintetizirali so samo levi segment, dolg ~12 kb), vendar pri bakteriofagih, torej bakterijskih virusih, ne moremo govoriti o genomu živega bitja. Morda bi morali iti v zgodovino še dalj, v leto 1995, ko so prvič, iz 134 oligonukleotidov, sestavili 2,7 kb velik plazmid (Gene). Razlika med genomom bakteriofaga in genomom bakterije ni samo 100-kratna razlika v dolžini in s tem povezana zapletenost sestavljanja kosov genoma, pač pa predvsem v dojemanju pomena opravljenega dela.

Nekateri tokratno objavo primerjajo s člankom o ovci Dolly, drugi mislijo, da se ni zgodilo nič posebnega. Verjetno je resnica nekje vmes: s sintezo genoma še niso sintetizitarali življenja, čeprav je res, da genom vsebuje ves dedni material, ki ga preprosta bakterija ima. Tehnično je bilo delo nedvomno zahtevno; v laboratoriju imamo včasih težave s sestavljanjem kosov DNA, ki so dolgi vsega nekaj sto baznih parov, tu pa je šlo za tisočkrat večje dolžine DNA.

Preskok v dimenzijah (2x med letoma 1995 in 2003, še 2x med 2003 in 2005 in 50x med 2005 in 2008) je velik in je povezan delno z zmogljivostjo in zanesljivostjo DNA-sintetizatorjev in encimov ter postopkov, ki jih raziskovalci uporabljajo za povezovanje sintetičnih segmentov. Preskok pa je še v nečem: če je šlo pred 5 leti zgolj za to, da so s primeri dokazali, da je mogoče sestavljati zelo dolge segmente DNA, so leta 2005 z genomom bakteriofaga T7 prvič izvedli tako imenovano 'predelavo' (refactoring). To pomeni, da niso samo sintetizirali, pač pa načrt za sintezo pripravili tako, da so vključili zaporedja, ki so se jim zdela boljša ( v smislu 'bolj uporabna') kot naravna.

Predelava genoma se tokrat nadaljuje in bakterija, ki jo želijo ustvariti s sinteznim genomom, naj bi imela za biotehnologijo in sintezno biologijo manj neželenih lastnosti od divjega tipa bakterij. Kot so napisali raziskovalci, so tokrat objavili, kako so prišli do druge stopnje v tristopenjskem procesu: končna faza bo priprava organizma in morda bo ta članek tisti, ki bo predstavljal večjo prelomnico kot tokratni. Recimo, da bo naslednji članek primerljiv s člankom o ovci Dolly - še vedno pa se bo našel kdo, ki bo rekel, morda upravičeno, da kaj pa je ovca Dolly v resnici prinesla svetovni znanosti. Gotovo bi se našlo v vedah o življenju več pomembnejših dosežkov, pa vendar v zavesti človeštva ovca Dolly in človekov genom verjetno zasedata prvi dve mesti po odmevnosti.

Vrnimo se k tokratni objavi. Čeprav so najavljali 'sintezno bakterijo' Mycoplasma laboratorium, so se tokrat odločili za bolj upravičeno ime M. genitalium JCVI-1.0. Genom so sestavili iz kosov, dolgih med 5 in 7 kb. Po štiri take kose so združili v daljše konstrukte, dolge okrog 24 kb (takih vmesnih konstruktov je bilo 25), ki so jih klonirali v bakterijah E. coli in s tem pridobili večje količine DNA. Nato so po tri vmesne konstrukte povezali v ~72 kb dolge višje konstrukte in jih ponovno klonirali v E. coli s pomočjo umetnih bakterijskih kromosomov (BAC). Po dva vmesna konstrukta so ponovno povezali v ~144 kb dolge konstrukte (taki so bili štirje) in znova klonirali. Segmentov, večjih od četrtink genoma, ni bilo več mogoče klonirati v ešerihiji, zato so uporabili kvasovko S. cerevisiae.

V primerjavi z naravnim genomom se sintezni razlikuje po eni pomembni podrobnosti (in več manjših). Gen, ki je pomemben za patogenost, so v sinteznem genomu zamenjali z genom za odpornost proti antibiotiku. S tem bodo lahko zelo enostavno ločili med divjimi tipi in 'umetnimi' mikoplazmami. Razen tega so v medgenske regije vključili posebna zaporedja (imenovali so jih 'vodni tisk'), ki omogočajo vgradnjo transpozonov. Na začetku je pomen teh zaporedij le to, da lahko ob določitvi nukleotidnega zaporedja z gotovostjo trdijo, da so segmenti res sinteznega in ne naravnega izvora.

Počakajmo še na bakterijo. Kdo misli, da bo članek objavljen še letos? Takrat se bo spet treba pogovoriti o etiki...