Winzige künstliches Leben: Labor gefertigte Bakterium Sport kleinste Genom noch

Mit der geringsten Anzahl von Genen, die für das Leben benötigt eine künstliche Bakteriengenom wurde in einem Labor, öffnet den Weg für die Erstellung von synthetischer Organismen mit benutzerdefinierten Gruppen von Genen, die darauf abzielen, bestimmte Aufgaben wie Essen Öl erstellt.

Das neu geschaffene Bakterium, die Nährstoffe zu verstoffwechseln und selbst replizieren (Kluft und reproduzieren), bringt die Team einen Schritt näher zum Aufbau benutzerdefinierte künstlichen Lebens mit bestimmten Funktionalitäten, sagten.

Die künstlichen Bakterium hat nur 473 Gene, verglichen mit den Tausenden, die in wilden Bakterien vorhanden sind. Das Team kennt noch nicht die Funktion von 149 dieser ätherischen-to-Life-Gene. [Entschlüsselung des menschlichen Genoms: 6 molekulare Meilensteine]

"Wir zeigen wie komplex das Leben selbst in die einfachsten Organismen," sagte Craig Venter, Gründer und CEO von der J. Craig Venter Institute (JCVI), wo die Studie wurde abgeschlossen. "Diese Ergebnisse sind in dieser Hinsicht sehr ernüchternd."

Die Geschichte beginnt mit einer Gattung von Bakterien namens Mycoplasma, Keime, die die kleinsten Genome von jedem Organismus haben in der Natur gefunden und sind in der Regel bei Menschen und anderen Säugetieren Leben.

Venter, sagte er und ein weiterer der Autoren der Studie, Clyde Hutchison JCVI, in den 1990er Jahren diskutiert hatte, was es bräuchte, um grundlegende Fragen über die Funktionsweise von Leben. Ihre Schlussfolgerung war, dass sie den Organismus mit das kleinste Genom möglich zu bauen müssten.

1995 sagte Venter, schätzten andere Forscher solcher künstlichen Organismus mindestens 256 Gene lebensfähig sein müssten. Das erwies sich als falsch – aber erst jetzt, dass sie einfach wie falsch wussten.

Das Team nutzte das Genom von M. Mycoides ihre Bakterien zu erstellen. Genom des Bakteriums wurde im Jahr 2010, erstellen die erste selbstreplizierende Zelle aus einer künstlichen Genoms synthetisiert. Die Venter Institute nannte dieses Bakterium syn1.0. Dieses Bakterium hatte jedoch 1,1 Millionen Basenpaare in der DNA oder 901 Gene.

Ihre neue Bakterium hat 531.000 Basenpaare für 473 Gene. Das Team hat um zu reduzieren, die Anzahl der Gene syn1.0 Genom als Vorlage verwendet. Von dort eine Reihe von möglichen Genome für das Bakterium entwickelt und brach sie in kürzere Zeichenfolgen. Um zu sehen, welche Gene waren absolut notwendig für das Leben, die Wissenschaftler eingefügt Gensequenzen genannt Transposons, die das Funktionieren eines bestimmten Gens unterbrochen. Sollte nach, dass die Zelle am Leben blieb, dann es galt als unwesentliche und Ausschnitt heraus. Umgekehrt wenn die Zelle gestorben ist, war dann es klar, dass was herausgenommen wurde, wichtig war.

Aber sagte der Prozess war nicht so einfach, Venter. Manchmal ein einzelnes Gen könnte durch selbst entfernt, aber gekoppelt mit anderen wurde es unerlässlich. Venter verglich es mit einem Flugzeug: "Wenn Sie nichts über Flugzeuge wissen und du bei einer 777 hast... und Sie den rechten Flügel entfernen, das Flugzeug kann noch fliegen und landen, so Sie sagen würden, es ist nicht wichtig, und Sie nicht wirklich die Wesenheit entdecken, bis Sie im zweiten Beispiel entfernen."

Schließlich errichteten sie eine synthetische Genom, die eingefügt werden könnte in einem anderen Mykoplasmen Bakterien (die alte Genom wird entfernt), die auf eigene war in der Lage zu wachsen und zu leben wie eine normale Zelle. Sie nannten das Ergebnis syn3.0. [Infografik: wie Wissenschaftler erstellt eine semi-künstlichen Lebensform]

Venter und sein Team fügte hinzu, dass die minimale Anzahl von Genen, die für das Leben benötigt je nach welchem Organismus sie begannen unterscheiden mit – sie würde ein ganz anderes Ergebnis bekommen, hatte sie begonnen mit einer Algenarten, zum Beispiel. Welche Gene sind auch Verlass auf die Umwelt eine Zelle oder Bakterium ist.

Zum Beispiel war die Wachstumsmedien im Frühwerk auf Mycoplasma Genitalium, Fructose und Glucose. Ausschlagen eines Gens, das Fruktose transportiert haben keinen Einfluss auf eine Zelle in einer Glukose-Umgebung und ausschlagen eines Glukosetransporters würde nicht beeinflussen, entweder. Aber wenn beide ausgeschlagen sind, dann die Zelle stirbt. Welche gen entscheidend ist also keine auswählend.

Hutchison, Hauptautor der Studie und ein distinguished Investigator bei JCVI, stellte fest, dass die minimale Genom auch abhängt, was man, die Zelle zu tun will – ein Bakterium, das im Dunkeln leuchtet haben eine unterschiedliche minimale Genom als etwas anderes.

"Es wird viel von minimalen Genomen," sagte Venter.

Maria Lluch Senar, eine wissenschaftliche Mitarbeiterin und Biotechnologe am Center for Genomic Verordnung in Barcelona, Spanien, sagte, dass die Errungenschaft ist spannend, weil es eine Methode für das Entwerfen von Genome offenbart hat, die viel schneller als die derzeit verwendeten Trial-and-Error-Methoden. "Die Sache ist hier, dass Sie erkennen können, die das minimale Genom ist, was, das Sie wollen", sagte sie, für eine bestimmte Funktion. "Mit dieser Technik können Sie definieren welche ist die beste Kombination von DNA-Fragmenten... Sie können später zusammenbasteln und erzeugen verschiedene Moleküle, die getestet werden können."

"Theoretisch könnten wir Gen-Sets hinzufügen und jeder Organismus im Wesentlichen neu", sagte Venter. "Es wäre ein wichtiges experimentelles Werkzeug."

Das heißt, die Technik verspricht bessere Wege zur Herstellung von Keimen, der alles vom Essen Öl zur Herstellung von Biokraftstoffen.

"Unsere langfristige Vision hat zu entwerfen und bauen von synthetischen Organismen auf Nachfrage, wo Sie in spezifischen Funktionen hinzufügen und voraussagen, was das Ergebnis sein," sagte Co-Studienautor Dan Gibson, Associate Professor an der Venter Institute.

Eine minimale Zelle würde widmen die maximale Menge an Energie in was auch immer Sie die Zelle dazu entworfen und haben weniger Potenzial zu mutieren, und einfacher anzuwenden, sagte Gibson.

Dass Gen-Sets hinzufügen auch im Verständnis Hilfe könnte des warum manche Bakterien der Art und Weise entwickelt, die sie taten – und sogar Leben im Allgemeinen, aber das ist mehr eine Strecke Hutchison sagte. "Wir einige Prozesse, die früh in der Evolution aufgetreten sehen können," sagte er. "Aber [MycoplasmaGenome] sind nicht klein, denn sie primitiv sind, sie klein, sind weil sie aus einer Zelle entwickelt, die ein paar Tausend Gene hatte und sie haben Gene, die sie in ihrer Umgebung brauchen nicht verloren."

Venter sagte, der Plan ist, zum Hinzufügen von Genen, die synthetische Genom, die Funktionen des die unbekannte Gene zu necken. "Wir wollen wo wir 100 Prozent der Gene im Organismus nicht nur 66 Prozent zu verstehen."