Физическое создание искусственных геномов для понимания ДНК
Молекулярный план жизни хранится в ДНК внутри генома. Цифровая революция в биологии, движимая секвенированием ДНК, позволяет ученым читать геномы множества микробов и многоклеточных организмов. Сегодня последовательности ДНК более 200 000 микробных геномов находятся в цифровых базах данных, что экспоненциально увеличило понимание того, как ДНК программирует живые системы. Используя это сокровище молекулярных строительных блоков, биоинженеры учатся синтезировать длинные молекулы ДНК и выводить полезные микробы с помощью компьютеров.
В своих исследованиях профессор экспериментальной системной биологии Бит Кристен и его лаборатория в ETH Zurich используют алгоритм цифрового дизайна генома вместе с крупномасштабным химическим синтезом ДНК для физического производства искусственных геномов и понимания кода жизни на молекулярном уровне. Лаборатория также использует подходы системной и синтетической биологии для определения незаменимых генов у разных видов, которые служат генетическими частями для сборки микробных геномов для применения в устойчивой химии, медицине и сельском хозяйстве.
Исследовательская группа физически создала Caulobacter ethensis-2.0 — первый в мире полностью сгенерированный компьютером геном. Используя природную пресноводную бактерию в качестве отправной точки, ученые вычислили идеальную последовательность ДНК для химического производства и построения минимизированного генома, состоящего исключительно из необходимых функций. В процессе дизайна была заменена более одной шестой из всех 800 000 «букв» ДНК в искусственном геноме, и весь геном был произведен в виде большой кольцевой молекулы ДНК.
Хотя живой клетки пока не существует, функции генов были протестированы для всего дизайна генома. В этих экспериментах исследователи обнаружили, что примерно 580 из 680 искусственных генов были функциональны, что демонстрирует перспективность подхода для создания геномов по дизайну.
На сессии AAAS 2020 «Синтетическая биология: цифровой дизайн живых систем» (14 февраля 2020 г.) Кристен обсудит возможные будущие применения синтетических геномов в промышленных целях и для здоровья. Он также расскажет о необходимости глубоких дискуссий в обществе о целях использования этой технологии и о том, как предотвратить потенциальные злоупотребления.
К профессору Кристену присоединятся профессор Дэвид Бейкер (Университет Вашингтона), который выступит с докладом о дизайнерских белках, и Джойс Тейт (Эдинбургский университет), которая расскажет о регулировании рисков, неопределенности и этике.