Ученые создали синтетический геном дрожжей
Хромосомы — это длинные молекулы ДНК, которые вместе образуют геном, содержащий весь генетический материал организма. Достижения в технологиях позволили ученым перепроектировать и конструировать различные хромосомные последовательности, что облегчает изучение связи между вариациями генов и признаками.
Дрожжи — важный модельный организм для понимания фундаментальных клеточных процессов из-за их сходства с клетками растений и животных и относительной простоты манипуляций. Поэтому перепроектирование и синтез генома дрожжей могут помочь понять влияние генетических вариаций на индивидуальные признаки и, возможно, механизмы генетических заболеваний.
Ученые из NUS Synthetic Biology for Clinical and Technological Innovation (SynCTI), Synthetic Biology Translational Research Program (Syn Bio TRP) и Департамента биохимии Медицинской школы Йонг Лоо Лин Национального университета Сингапура (NUS Medicine) синтезировали перепроектированную хромосому дрожжей XV, состоящую из 1.05 миллиона пар оснований. Это крупнейшая синтезированная хромосома в Азии.
Работа опубликована в Cell Genomics.
Научная группа под руководством доцента Мэттью Чанга является частью международного консорциума Synthetic Yeast Genome Project (Sc2.0), цель которого — с нуля перепроектировать и создать все 16 хромосом дрожжей. Работа команды считается важной вехой в синтетической биологии.
При создании синтетической хромосомы XV (synXV) команда NUS Medicine значительно переработала исходную ДНК, внеся различные изменения, в результате чего последовательность стала уникальной и отличной от природной.
Для ускорения процесса сборки synXV команда разработала прорывную технологию CRISPR/Cas9-mediated mitotic recombination with endoreduplication (CRIMiRE). Эта инновация значительно ускоряет обмен крупными сегментами хромосомной ДНК в специфичных сайтах, что позволяет одновременно собирать несколько синтетических сегментов и соединять их в полную синтетическую хромосому XV.
После создания синтетической хромосомы технология CRIMiRE также позволяет целенаправленно "смешивать и сопоставлять" synXV с другой дрожжевой хромосомой. Это генерирует различные генетические комбинации для исследований, проливающих свет на связь между генетическими вариациями и индивидуальными признаками.
Традиционные подходы неэффективны для работы с очень длинными последовательностями ДНК. Однако использование CRIMiRE упростило процесс, сократив его в десять раз, что потенциально революционизирует создание более крупных синтетических хромосом для сложных организмов.
"Это достижение открывает дверь для понимания фундаментальных вопросов о биологических процессах", — сказал доцент Мэттью Чанг.
Доктор Фу Джи Лун, первый автор статьи, добавил: "Достижения этой работы прокладывают путь для будущего прогресса в синтетической геномике, особенно с более крупными и сложными хромосомами. Этот подход может быть полезен для расшифровки механизмов генетических заболеваний и потенциальной разработки методов лечения".