Группе ученых под руководством Крейга Вентера удалось синтезировать геном паразитической бактерии Mycoplasma genitalium длиной около 600 тысяч пар оснований. Работа ученых опубликована в журнале Science.
Геном любого организма состоит из элементарных "блоков" - нуклеотидных оснований, которые прикрепляются друг к другу в определенной последовательности, образуя длинные цепи. Две цепи соединяются между собой. В клетках за синтез ДНК отвечает множество различных ферментов. Исследователи до сих пор не могли химически синтезировать протяженные цепи ДНК - по достижении длины около 500 тысяч оснований цепь становится нестабильной и легко рвется.
Исследователи из команды Вентера использовали другой подход. Они синтезировали небольшие "кассеты" ДНК длиной пять-семь тысяч оснований. Последовательность оснований каждой "кассеты" частично перекрывается с последовательностью соседней "кассеты". Такое строение "кассет" необходимо, чтобы в дальнейшем соединить их. Всего ученые синтезировали 101 "кассету" ДНК. Если выбросить повторяющиеся из-за перекрывания последовательности, то все "кассеты", сложенные вместе, образуют полную последовательность генома M. genitalium.
Чтобы отличить химически синтезированный геном от "настоящего", ученые добавили в него определенные метки. В те места бактериального генома, которые нечувствительны к изменению последовательности оснований, ученые добавили короткие фрагменты ДНК известной последовательности. Кроме того, при синтезе генома бактерии ученые внесли изменения в ген, отвечающий за ее прикрепление к клеткам млекопитающих. "Искусственная" бактерия в отличие от "настоящей" не будет иметь патогенных свойств.
В клетках бактерии Escherichia coli короткие "кассеты" были соединены в более длинные фрагменты, составляющие 1/8 или 1/4 полной длины генома M. genitalium. Соединение происходило по рекомбинационному механизму с участием перекрывающичся последовательностей "кассет".
Затем, уже в клетках дрожжей, эти фрагменты были соединены в полноценный бактериальный геном. По непонятным пока причинам соединить крупные фрагменты генома в клетках E. coli не удалось. Чтобы убедиться, что все стадии синтеза прошли нормально, ученые выделили геном из дрожжевых клеток и определили его последовательность.
Далее ученые собираются поместить синтезированный de novo геном в бактериальную клетку и проверить, будет ли полученный организм полноценно функционировать и размножаться.
Крейг Вентер - противоречивая фигура в научном мире. Уволившись из ВМС США, поступил в колледж, а затем в университет. В 29 лет получил степень доктора философии (аналог нашей кандидатской диссертации) по физиологии и фармакологии. Во время проекта "Геном человека" придумал более эффективный способ определения последовательности ДНК. Основал частную биотехнологическую компанию "Celera Genomics", которая за три года создала "черновой" вариант расшифрованного генома человека. Однако Вентер не выложил геном для всеобщего доступа, а продавал его, чем спровоцировал возмущение научного сообщества. Он ушел из "Celera Genomics" и основал Институт геномных исследований и Институт Крейга Вентера.
В настоящий момент Вентер занимается проектом создания синтетического организма и организма с минимальным геномом. По мнению ученого, организм с геномом около 100 генов сможет быть жизнеспособным. Однако пока ему не удалось определить, какие именно 100 генов критически необходимы для выживания. Геном M. genitalium, с которым работает Вентер, считается самым маленьким из известных на сегодняшний день. Он содержит около 470 кодирующих последовательностей.
Из успехов Вентера можно отметить пересадку генома одного штамма M. genitalium другому, в результате которой штамм реципиента "сменился" на штамм донора.