Ученые сообщили о завершении сборки хромосомы XI — крупный шаг к созданию первого в мире синтетического дрожжевого генома

Международная команда ученых, возглавляемая специалистами из Ноттингемского университета и Имперского колледжа Лондона, завершила конструирование синтетической хромосомы в рамках масштабного проекта по созданию первого в мире синтетического генома дрожжей.

Работа, опубликованная в Cell Genomics, описывает завершение сборки одной из 16 хромосом дрожжевого генома. Это часть крупнейшего в истории проекта в области синтетической биологии — международной коллаборации Sc2.0.

Проект Sc2.0 длится уже 15 лет и объединяет команды со всего мира (Великобритания, США, Китай, Сингапур, Франция, Австралия). Их цель — создание синтетических версий всех хромосом дрожжей. Параллельно с этой публикацией вышли еще девять статей от других команд, описывающих их синтетические хромосомы. Окончательное завершение проекта — создание крупнейшего из когда-либо синтезированных геномов — ожидается в 2024 году.

Это первая попытка создания синтетического генома эукариота — живого организма с клеточным ядром, к которым относятся животные, растения и грибы. Дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) были выбраны из-за относительно компактного генома и врожденной способности «сшивать» фрагменты ДНК, что позволяет конструировать хромосомы прямо внутри клеток.

Ученые из Великобритании под руководством доктора Бена Блаунта (Ноттингемский университет) и профессора Тома Эллиса (Имперский колледж Лондона) сообщили о завершении сборки синтетической хромосомы XI. На эту работу ушло 10 лет. Построенная последовательность ДНК состоит примерно из 660 000 пар оснований — «букв» генетического кода.

Синтетическая хромосома заменила одну из естественных хромосом в дрожжевой клетке. После тщательного процесса «отладки» клетка с синтетической хромосомой растет с той же жизнеспособностью, что и природная.

Синтетический геном Sc2.0 — не просто копия природного. Он был спроектирован с новыми функциями, дающими клеткам возможности, не встречающиеся в природе. Одна из таких функций позволяет заставить клетки «перетасовывать» свое генетическое содержание, создавая миллионы различных версий клеток с разными свойствами. Это открывает путь к отбору особей с улучшенными характеристиками для применения в медицине, биоэнергетике и биотехнологии. Процесс представляет собой, по сути, форму «сверхзаряженной» эволюции.

Команда также показала, что их хромосому можно использовать как новую систему для изучения внехромосомных кольцевых ДНК (eccDNAs). Это свободно плавающие кольца ДНК, которые «выщепляются» из генома. Их все чаще признают фактором старения и причиной злокачественного роста и устойчивости к химиотерапии при многих раковых заболеваниях, включая глиобластому (опухоль головного мозга).

«Синтетические хромосомы — это огромное техническое достижение само по себе, но они также откроют новые возможности для изучения и применения биологии. Это может варьироваться от создания новых микробных штаммов для «зеленого» биопроизводства до помощи в понимании и борьбе с болезнями», — сказал доктор Бен Блаунт.

«Создав заново спроектированную хромосому от теломеры до теломеры и показав, что она может успешно заменить природную хромосому, наша команда заложила основы для проектирования и создания синтетических хромосом и даже геномов для сложных организмов, таких как растения и животные», — добавил профессор Том Эллис.

В британскую команду также входят ученые из университетов Эдинбурга, Кембриджа и Манчестера (Великобритания), а также Университета Джонса Хопкинса, Медицинского центра Лангон при Нью-Йоркском университете (США) и Национального автономного университета Мексики.