Wahrzeichen wie Lab erstellt synthetische Zelle mit minimalen Gene notwendig für das Leben
Mit 473 Gene Syn3.0 ist die einfachste selbstreplizierende Zelle bekannt und konnte sein Grundlage für neue Organismen entwickelt, um neue Antibiotika, Kraftstoffe und Drogen
Genetiker haben das Minimum notwendig für das Leben etabliert. Sie entwickelt und erstellt eine synthetische Zelle, die überleben und replizieren kann mit nur 473 Gene. Menschen und Fruchtfliegen haben mehr als 20.000 Gene.
Der Befund ist ein Wahrzeichen in biologischen Verständnis. Es könnte die geheimnisvolle Geschichte der Evolution des Lebens in den Ur-Ozeanen vor mehr als 3 Milliarden Jahren beleuchten. Es könnte die Grundlage für eine neue Generation von maßgeschneiderten Organismen, die speziell für die neuen Antibiotika, neue Kraftstoffe und neue Medikamente zu produzieren. Und es ist der Höhepunkt der Jahrzehnte von Theorie und Experiment.
Der neue Organismus, offiziell bekannt als JCVI-Syn3.0 ist die kleinste, einfachste selbstreplizierende Zelle bekannt. Es verdoppelt sich alle drei Stunden in seinen Labor-Schale. Und es verfügt über eine Entdeckung, die seine Erzeuger, Dr. Craig Venter die J Craig Venter Institute von La Jolla, Kalifornien, beschrieben als "sehr ernüchternd". Die Macher wissen noch nicht was ein Drittel von den Genen zu tun.
Dort haben nun mehr als zwei Jahrzehnten der Genanalyse, die Sequenzierung der DNA von Tausenden von Mikroorganismen, Würmer, Insekten, Pflanzen, Vögel, Fische, Säugetiere und Menschen basiert auf. Es seit sechs Jahren Experiment Labor Leben zunächst von DNA synthetisiert wurde. Aber Forscher zugeben, dass sie nicht vollständig verstehen, oder in einigen Fällen wissen überhaupt, die biologischen Funktionen von 149 der Gene, die ihre neueste Kreation am Leben zu halten.
"Wir haben entdeckt einige wesentliche Fakten der Biologie auf diese Weise", sagte Venter. "Wir wissen, dass etwa zwei Drittel der wesentlichen Biologie. Uns fehlt eine dritte, die eine sehr wichtige Lektion ist."
Er und seine Kollegen in der Fachzeitschrift Science berichten, obwohl die Fähigkeit, "Geschwindigkeit Lesen" der DNA-Code wurde intensiviert hatte eine billionfold in den letzten 25 Jahren, keine einzelne Zelle in Bezug auf alle Funktionen erklärt werden konnten. Venter war einer der Pioniere der DNA-Forschung und der Anführer einer von zwei konkurrierenden wissenschaftlichen Teams, die es geschafft hatte, bis Juni 2000 das menschliche Genom zu sequenzieren. Er und seine Kollegen hatten bereits dargelegt im Jahr 1999, auf ihr Verständnis der einfachsten und eines der ersten, Organismen sequenziert werden zu bauen: ein kleiner, langsam wachsender Bakterium namens Mycoplasmum Genitalium mit nur 525 Gene. Sie fingen an, ziehen es auseinander, ein Gen in einer Zeit, zu sehen, ob es überleben könnte.
Bis zum Jahr 2010 hatte sie ihre erste Labor gebaut-Lebensform, genannt Syn 1.0 synthetisiert. Aber das mühsame Geschäft der Verständnis des Lebens durch Abstreifen ihrer Einzelteile erwies sich als schwierig. Die meisten Lebewesen haben Gene, die in Aktion aufgerufen werden können, nur dann, wenn die Bedingungen ändern. Und wo eine einzelne Funktion schien sogar dupliziert wurde, das zweite gen möglicherweise nicht überflüssig.
Betrachten Sie es, sagte Venter, als eine Boeing 777 zum ersten Mal zu sehen. Entfernen Sie einen Motor aus einem Flügel und das Flugzeug noch fliegen und landen.
"Und Sie nicht wirklich die Wesenheit entdecken, bis Sie die zweite Version entfernen," sagte er "und das ist was immer und immer wieder geschehen ist in der Biologie, wo wir hatten, was schien, eine nicht-essentielle Komponente sein, bis wir sein Pendant entfernt."
Die Forscher nennen ihre neue Schöpfung "eine minimale bakterielle Zelle." Sie betonen den unbestimmten Artikel. Und zwar deshalb, weil sie sagen, die minimale Anzahl von Genen benötigt die Umweltgegebenheiten und den Stoffwechsel des Organismus abhängt.
Sie fand es auch notwendig, wieder einführen, was sie "quasi-wesentliche Zellen" genannt, weil ihre minimalen Genoms zu langsam wuchs nützlich sein in einem Labor oder in der Tat überhaupt untersucht werden.
"Eine wichtige Erkenntnis ist, dass jedes Genom kontextspezifisch," sagte Dr. Venter. "Es kommt total auf die Chemikalien in der Umwelt hat es zur Verfügung stehen, so gibt es keine solche Sache wie eine wahre minimal Genom."
SYN-3.0 könnte ein Labor-Werkzeug geworden. Seine Schöpfer für eine Patentanmeldung auf die genetische Information abgelegt haben, und sie hoffen, es zu benutzen als ein Versuchsfahrzeug für biologische Grundlagenforschung, sowohl für was neue Arten von mikrobiologischen Fabriken werden könnte, die ausgenutzt werden Zehntausende von subtilen Stoffwechselwege von 1 Milliarde Jahre der Evolution zu hochpräzisen biochemische Produkte entwickelt.
"Unsere langfristige Vision zu entwerfen und bauen von synthetischen Organismen auf Nachfrage, wo Sie in spezifischen Funktionen hinzufügen und voraussagen, was das Ergebnis sein,", sagte Dan Gibson von Synthetic Genomics, ein Partner in der Forschung. "So wir glauben, dass diese Zellen eine sehr nützlich für viele industrielle Anwendungen aus der Medizin, biochemische, Biokraftstoffe, Ernährung und Landwirtschaft wäre."
Die neue Erkenntnis wurde gefeiert als einen "großen Sprung nach vorn" und eine "Tour De Force." Aber nur wenige erwarten, dass in Eile dramatische Folgen wird.
"Es bringt uns näher zu verstehen, was es braucht, um eine frei lebende Bakterium zu etablieren", sagte Vitor Pinheiro, die Vorträge in der synthetischen Biologie an der UCL. Und Paul Freemont, Leiter Molekulare Biowissenschaften am Imperial College, nannte das Werk "eine beschleunigte reverse Evolution Experiment."
Das Projekt, das Leben in seiner einfachsten Form zu schmieden wurde zuerst im Jahr 1999 skizziert: synthetischer Biologie war zu der Zeit als ethische Herausforderung gesehen. Es kann noch sein Widerstand zur Forschung, räumte Venter.
"Es ist ein Anliegen, insbesondere in den USA, wo etwa die Hälfte des Landes, angeblich, nicht an die Evolution glauben, so dass ich denke, dass schafft einige Herausforderungen," sagte er. Und er sagte, die Genetik-Gemeinschaft war "hot and heavy" mit Diskussion über die Möglichkeit der "Bearbeitung" des menschlichen Genoms mit der kürzlich entwickelte Technik bekannt als Crispr-Cas9. Dieser Vortrag ist verfrüht.
"Wenn Sie zugeben, dass wir nur zwei Drittel der grundlegendsten Zelle verstehen, die wir gerade jetzt kompilieren können," sagte er, "wir wahrscheinlich in etwa auf dem Niveau von 1 % unseres Verständnisses des menschlichen Genoms sind."