Designerkromosomer peger på nye syntetiske livsformer

Forskere forsøger at skabe gærceller, vist ovenfor, med fuldt kunstigt DNA.

Et internationalt hold af forskere nærmer sig sit mål om at erstatte alt genetisk materiale i en gærcelle med designer-DNA printet i et laboratorium. Indsatsen på at forsyne bagegær med kunstige kromosomer signalerer et skridt i retning af, hvad biologer siger, er teknologi til at udskrive forbedrede eller helt nye livsformer i laboratoriet.

Projektet, døbt Synthetic Yeast 2.0, eller Sc2.0 kort sagt involverer omkring 200 videnskabsmænd på 10 universiteter. Som rapporteret i dag i Videnskab , erstattede de møjsommeligt fem af gærens 16 kromosomer med kunstige kopier, som var blevet konstrueret med ændringer, der kunne gøre dem mere egnede til at producere lægemidler eller biobrændstoffer.



Det, vi gør, er i bund og grund at fremskynde evolutionen, siger Jef Boeke fra New York Universitys Langone Medical Center, som har ledet det igangværende projekt.

Kombineret med det første syntetiske gærkromosom, tidligere skabt af det samme team, udgør strukturerne mere en tredjedel af gærgenomet.

Arbejdet bygger på teknologi til fremstilling af DNA-strenge i laboratoriet. Boeke sagde, at hans team havde købt DNA fra kommercielle leverandører og brugt omkring 10 cents for hvert DNA-brev. Med den hastighed ville det koste omkring 1,25 millioner dollars at dække hele gærgenomet, men de fulde omkostninger ved indsatsen, inklusive arbejdskraft, er langt højere.

Syntetisk-gær-projektet er grundlaget for en meget mere ambitiøs indsats kaldet Genome Project-Write , som Boeke også er en del af. Det sigter mod at skabe et fuldsyntetisk plante- eller dyregenom, muligvis et menneskes, selvom det endnu ikke har opnået den nødvendige finansiering. Sidste år fremkaldte disse planer stærk kritik fra andre videnskabsmænd, som sagde, at et sådant tiltag var urealistisk, ville rejse etiske spørgsmål over designere og ikke var blevet helt gennemtænkt.

Indsatsen på at skabe syntetiske livsformer bygger på ideer, som først blev demonstreret i 2010 af forskere ved J. Craig Venter Institute i Rockville, Maryland, som erstattede genomet af en bakterie kaldet Mycoplasma mycoides med en kopi, de byggede i laboratoriet.

Men gær repræsenterer en hårdere udfordring. De encellede organismer indeholder langt mere DNA end bakterier, og det er snoet til kromosomer, der hver indeholder flere hundrede til tusindvis af gener. Ledere af indsatsen, herunder Boeke og Joel Bader fra Johns Hopkins University, vurderer, at de inden for to år vil erstatte alle 16 kromosomer i gær med kunstige kopier og vil også skabe et ekstra, 17. kromosom.

For at skabe de kunstige kromosomer har Sc2.0-forskerne gået frem på en trinvis måde og gradvist erstattet bidder af genetisk materiale med DNA-strenge syntetiseret ved maskine og derefter kontrolleret, om gæren forbliver sund. Deres arbejde, herunder deres indsats for at fejlfinde genopbyggede kromosomer, er beskrevet i dag i syv forskningsartikler .

Selvom Boeke og hans team for det meste kopierede den DNA-sekvens, der allerede var til stede i gær, ændrede de den også på flere måder, herunder fjernelse af junkgener, der ikke har nogen tilsyneladende funktion, og overførsel af store strækninger af DNA fra et kromosom til et andet. Overraskende nok voksede gæren stadig normalt, selv efter betydelige ændringer. Forskerne tilføjede også genetiske bagdøre for at skabe gær, der vil være lettere at manipulere i fremtiden.

Daniel Gibson, en videnskabsmand ved Synthetic Genomics i La Jolla, Californien, mener, at de teknikker, som gærteamet bruger, endnu ikke er avancerede nok til at bygge et kunstigt menneskeligt genom. For det første ville det nødvendige DNA koste omkring 300 millioner dollars ifølge nogle skøn. Han nedtonede også bekymringer over de potentielle miljøeffekter af menneskeskabte organismer. For nu, siger Gibson, er formålet med disse organismer, at de skal dyrkes i et laboratoriemiljø.

En dag kan designerkromosomer imidlertid spille en rolle i avancerede genbehandlinger, ifølge nogle forskere. I øjeblikket involverer genterapier normalt at erstatte et enkelt gen i en persons krop. Men forskere mener, at et lille kunstigt kromosom kan bruges til at erstatte hele netværk af defekte gener.

Pamela Silver, en bioingeniør ved Harvard, hvis laboratorium søger at bygge et kunstigt menneskeligt kromosom, siger, at hun håber, at videnskabsmænd en dag nemt kan designe og bygge kromosomer uden behov for et stort team af forskere.

Men den dag er stadig langt væk, siger hun: Uanset hvad du skal syntetisere, har du brug for et teknologisk spring for at gøre det hurtigere og bedre, end det er i dag.

skjule