Генетики створили дріжджі з наполовину синтетичним геномом. Це не завадило мікробам жити і розмножуватися

Штам пивних дріжджів, якому більше половину геному створили в лабораторії, не втратив здатності успішно ділитися. Наразі це дріжджі із найбільш модифікованим геномом, що допоможе краще зрозуміти їхню біологію, а також створити штами, які зможуть виробляти широкий спектр ліків і паливо. Про досягнення, описане у журналах Cell та Cell Genomics (1, 2, 3), повідомляє сайт журналу Nature.

Брунькування пивних дріжджів із наполовину синтетичним геномом. Zhao et al. / Cell, 2023

Чому це досягнення?

Група науковців із консорціуму Sc2.0 вже протягом 15 років намагаються створити дріжджі із повністю синтетичним, тобто створеним у лабораторії, геномом. Дотепер вчені вже модифікували геноми інших, простіших організмів, як-от вірусів, а також бактерій, зокрема створивши бактерію із найменшим у світі геномом. Однак на відміну від бактерій, дріжджі належать до еукаріот, у яких генетична інформація у вигляді ДНК не кільцева та вільно розташована у клітині, а упакована в хромосоми в межах ядра. До того ж клітини еукаріот мають більше генів, що додатково ускладнює роботу генним інженерам. Між тим, такими масштабними модифікаціями можна краще зрозуміти біологію еукаріотичних клітин, змусити їх виробляти різноманітні сполуки, зокрема ліки та паливо, а також розвивати нові методи генетичного редагування. І вчені консорціуму суттєво наблизилися до своєї мети — їм вдалося цілком модифікувати 7,5 із 16 хромосом пивних дріжджів (Saccharomyces cerevisiae).

Як добилися такої модифікації?

Спершу вчені зосередилися на тому, як можуть спростити геном при модифікації, щоб зменшити шанси на помилки. Знаючи, що у генетичному коді є великі ділянки ДНК, які нічого не кодують, але можуть природно рекомбінуватися, науковці вирішили їх видалити. У пошуку таких ділянок допомогли комп'ютерні програми, що аналізували геном дріжджів. Ще одним кроком для спрощення модифікації стало переміщення в одну окрему, штучну хромосому всі ділянки ДНК, які кодують транспортні РНК — ключові у житті клітин молекули, що доставляють амінокислоти до місця синтезу білків. Зробили так через те, що такі ділянки ДНК є теж сильно нестабільними, але позбутися їх не можна без шкоди клітинам.

Надалі вчені наділяли дріжджі одночасно однією синтетичною хромосомою, поєднуючи їх в одному організмі за допомогою селекції. Спочатку вони створили два штами, кожний із однією різною штучною хромосомою, які схрестили. Серед нового покоління вони обирали ті організми, які містили обидві синтетичні хромосоми, відтак їх схрещували зі штамом зі ще однією синтетичною хромосомою, щоб додати її у нове покоління. Так продовжувалося, поки зрештою вчені не отримали штам, у якого 7,5 хромосоми — синтетичні.

Всупереч значній модифікації, дріжджі виявилися життєздатними та могли відтворюватися брунькуванням. Тепер науковці прагнуть продовжити роботу, щоб замінити усі хромосоми мікроорганізму на синтетичні.