Американські дослідники створили бактерію з повністю синтетичним геномом, яка має найменшу кількість генів серед живих організмів та здатна нормально рости й ділитися, як і звичайні бактерії. Дослідження допоможе краще зрозуміти основні процеси життєдіяльності клітин та роль генів у цьому. Його результати опубліковані в журналі Cell.
Одна з перших синтетичних бактерій. THOMAS DEERINCK, NCMIR / SCIENCE PHOTO LIBRARY
То вчені вміють створювати штучні бактерії?
Сучасні технології дозволяють створювати форми життя, які не існували би без втручання людини, і це допомагає краще зрозуміти базові процеси в живих організмах та, можливо, походження самого життя. Ще у 2003 році науковці продемонстрували, що можуть генерувати синтетичний геном, коли створили новий вірус бактерій. Ці знання допомогли у наступні роки маніпулювати ДНК та створювати вже нових бактерій. Аж поки п'ять років тому дослідники не сповістили, що цього разу створили бактерію з повністю синтетичним геномом, який є найменшим серед відомих в організмів. Мікроб отримав назву JCVI-syn3.0, і його геном складався усього з 473 генів. Водночас найкоротший природний геном серед живих організмів складається із 525 генів та належить бактерії Mycoplasma genitalium, а поширена та проста кишкова паличка має їх аж 4 000. Вчені вважали, що синтетичній бактерії достатньо тих основних 473 генів, щоб нормально рости та розмножуватися. Але з'ясувалося, що нові колонії JCVI-syn3.0 нерівномірні: материнська клітина поділялася на неоднакові за розміром та формою дочірні, частина з яких узагалі мала нитчасту форму замість округлої. У новій роботі науковці зі США та Канади зрозуміли, чому так стається та як це виправити.
У чому була проблема?
Спочатку науковці думали, що річ у трохи жорстких умовах вирощування бактерій. Але коли мікроорганізмі перемістили в м'якші умови, де вони були захищені від, можливо, занадто сильних для них потоків поживної рідини у середовищі культивування. Але це не змінило ситуацію, і вчені дійшли висновку, що не внесли у геном JCVI-syn3.0 якихось важливих генів.
Автори стали порівнювати, які відмінності у ДНК в різних штамів бактерії JCVI-syn3.0 та її попередників з більшим геномом. Відтак вони почали додавати різні комбінації генів, що початково не внесли та спостерігали, чи вплине це на особливості поділу клітин.
Поділ JCVI-syn3A під світловим мікроскопом. E. Strychalski /NIST and J. Pelletier / MIT
Який результат зрештою отримали?
Науковці зрозуміли, що додавання до геному JCVI-syn3.0 19 конкретних генів відновлює їм здатність більш рівномірно поділятися. Бактерію з новим набором генів назвали JCVI-syn3A.
Згодом вчені дійшли висновку, що тільки сім із 19 генів насправді мають прямий стосунок до процесів клітинного поділу. Однак функції лише двох із них наразі відомі науці. І хоча дослідники підтвердили, що для нормального поділу клітин та їхньої морфології необхідна робота кількох генів, автори планують в подальших роботах з'ясувати роль кожного з них.