Sintezna genomika se seli v evkariontski svet

Novica ni ravno sveža (članek je izšel v reviji Nature 22. septembra), je pa zanimiva. Ameriški raziskovalci, večinoma z Univerze Johns Hopkins, so se lotili spreminjanja genoma kvasovke Saccharomyces cerevisiae. Doslej pa so na področju sintezne genomike delali predvsem z bakterijami, virusi in plazmidnimi vektorji, tokrat pa gre za doslej največji poseg v genom kakšnega evkarionta.

Kvasovka ima sicer 16 kromosomov, kljub temu pa je seštevek njihovih dolžim le približno trikrat večji od dolžine enega samega krožnega kromosoma najbolj raziskane bakterije Escherichia coli. Kromosomi so po obliki podobni kot pri vseh ostalih evkariontih - na mestu, kjer se stikata dve kromatidi (oznaka 1 na spodnji sliki), je centromer (2), od tu pa proti koncu kromosoma (telomeru) govorimo o ročicah oziroma rokah. Ker je centromer le redko v sredini kromosoma, so ročice na eni strani centromera kratke (3), na drugi strani pa dolge (4).

 (vir slike: Wikipedia)

Sintezni biologi so tokrat izbrali dva kromosoma kvasovke: pri IX. kromosomu, ki ima najkrajšo kratko ročico, so naravno zaporedje te ročice nadomestili s približno 91.000 baznimi pari sintezne DNA, pri VI. kromosomu pa so zamenjali samo približno 30.000 baznih parov na koncu kromosoma, torej v telomerni regiji.

Zakaj bi se sploh kdo odločil, da bi zamenjal dele kromosomov, ki sicer čisto v redu delujejo? Kot zagotavljajo avtorji, gre za dokaz koncepta, da je mogoče dele genoma spremeniti na način, da bo genom bolj pripraven za nadaljnje spremembe v smeri bolj uporabnega organizma. Izhajali so iz treh osnovnih idej: fenotip organizma mora ostati čimbolj podoben divjemu tipu, izrezati je treba destabilizirajoča zaporedja (transpozone in gene za tRNA) in zagotoviti je treba, da bo genom dovolj fleksibilen, da bo omogočal nadaljnje spremembe in analize.

Spremembe, ki so jih uvedli, so torej številne: odstranili so retrotranspozonska zaporedja, ponovitve v bližini telomerov (za katere ni znano, da bi imeli kakšno pomembno funkcijo), introne (kvasovka ima v celotnem genomu samo 285 intronov), gene za tRNA (teh je 275 za vsega 42 različnih tRNA) želijo preseliti na posebno mesto v genomu, ker je zanje znano, da predstavljajo labilna mesta, vse stop-kodone TAG bi nadomestili s TAA (to pa zato, da bi TAG reprogramirali, da bi lahko zapisoval za kakšno dodatno aminokislino v proteinih), vstavili bi nova klonirna mesta (ta rabijo tudi za sestavljanje dolgih odsekov iz koščkov, dolgih 750 bp) in zaporedja (dolžine < 10 bp), ki predstavljajo mesta za analizo in razlikovanje med sinteznim in naravnim genomskim zaporedjem. Pomembna dodana zaporedja so tudi mesta loxP, ki so jih vstavili na konce nebistvenih genov in na mestih razlikovanja med genomi. Ta mesta omogočajo enostavno izrezovanje delov genoma in prenose delov genoma - pri tem uporabijo encim rekombinazo Cre-, sledila pa bi selekcija tako mutiranih kvasovk in izbor tistih z novimi lastnostmi. Praviloma pa niso spreminjali vrstnega reda genov na kromosomu in razen intronov niso izrezovali nekodirajočih delov genoma, saj so se želel izogniti morebitnemu negativnemu vplivu na celični fitnes.

Rezultat raziskave je bil načeloma pozitiven, saj so kvasovke s sintezno kratko ročico IX. kromosoma in delno sinteznim odsekom VI. kromosoma kazale normalno sposobnost preživetja, hkrati pa so bile pripravljene za nadaljnje spremembe genoma.