จีโนมจากขวด

การใช้จีโนมที่สร้างจากรอยขีดข่วน นักวิทยาศาสตร์ได้สูดหายใจสิ่งมีชีวิตชนิดใหม่เข้าไปในแบคทีเรีย ความสำเร็จดังกล่าว ซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันที่ 21 พฤษภาคมในScienceถือเป็นคำมั่นสัญญาที่ดีในการสร้างสิ่งมีชีวิตของนักออกแบบที่อาจทำสิ่งต่างๆ เช่น ผลิตวัคซีน สังเคราะห์เชื้อเพลิงชีวภาพ ทำให้น้ำบริสุทธิ์ หรือกินน้ำมันที่หกมันยังมีชีวิตอยู่ จีโนมสังเคราะห์ทำให้เซลล์ของ M. capricolum (แสดง) ดูและทำหน้าที่เหมือนกับ M. mycoides ตามธรรมชาติวิทยาศาสตร์/AAAS

TELLTALE BLUE ลำดับดีเอ็นเอในจีโนมสังเคราะห์

ที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมใหม่ทำให้เซลล์ผู้รับเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินภายใต้เงื่อนไขของห้องปฏิบัติการบางอย่าง (โคโลนีที่แสดงด้านบน) สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยสามารถแยกแยะเซลล์ที่มีจีโนมที่มนุษย์สร้างขึ้นจากเซลล์ที่ไม่ได้ใช้

วิทยาศาสตร์/AAAS

ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยจากสถาบัน J. Craig Venter ได้เย็บจีโนมทั้งหมดของแบคทีเรียMycoplasma mycoides เข้าด้วยกันอย่างระมัดระวัง และใส่มันลงในแบคทีเรียชนิดต่างๆ นั่นคือMycoplasma capricolum การแลกเปลี่ยนจีโนมขายส่งอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนนี้ทำให้ เซลล์ M. capricolumสลับสายพันธุ์ เซลล์ที่แปลงใหม่เกือบจะเหมือนกับM. mycoides ตาม ธรรมชาติ

“นี่เป็นข้อพิสูจน์ของการทดลองแนวคิดที่แสดงให้เห็นว่าเราสามารถนำลำดับจากคอมพิวเตอร์ สร้างและบูตเครื่องเพื่อสร้างเซลล์สังเคราะห์ได้” แดเนียล กิบสัน ผู้นำการศึกษาจากวิทยาเขตของ Venter Institute ในเมืองร็อกวิลล์ รัฐแมริแลนด์กล่าว

ความสามารถในการปลูกถ่ายจีโนมที่สมบูรณ์จากสปีชีส์หนึ่งไปยังอีกสปีชีส์หนึ่งเป็น “ผลงานชิ้นเยี่ยม” เจมส์ คอลลินส์ วิศวกรชีวภาพ นักวิจัยสถาบัน Howard Hughes Medical Institute แห่งมหาวิทยาลัยบอสตัน ผู้ไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษากล่าว “

สิ่งนี้แสดงถึงความก้าวหน้าที่สำคัญสำหรับชีววิทยาสังเคราะห์”

นักวิทยาศาสตร์ที่ Venter Institute รู้ลำดับดีเอ็นเอของ จีโนม M. mycoidesแล้ว แต่พวกเขาไม่สามารถนำสตริงของ A, T, G และ C ที่เก็บไว้ในคอมพิวเตอร์ และสร้างหนังสือคำสั่งทางพันธุกรรมทั้งเล่มในหลอดทดลอง ใส่ไว้ในเซลล์ แล้วแสดงให้เห็นว่ามันใช้ได้ผล

หนึ่งในความท้าทายที่สำคัญในการศึกษาใหม่คือการหาวิธีถัก DNA ชิ้นสั้น ๆ เข้าด้วยกันตามลำดับเพื่อสร้างจีโนมขนาดใหญ่ จากการทดลองก่อนหน้านี้ ทีมงานพบว่าโปรตีนในเซลล์ยีสต์สามารถประกอบชิ้นส่วนดีเอ็นเอขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็ว “เราประหลาดใจที่ยีสต์มีความสามารถนี้ เราจึงพยายามผลักดันขีดจำกัด” Gibson กล่าว

หลังจากผ่านการประกอบสามรอบในเซลล์ยีสต์ตัวแทนที่มีชิ้นดีเอ็นเอสังเคราะห์ที่ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ นักวิจัยได้สร้างจีโนมที่สร้างสถิติใหม่ซึ่งมีตัวอักษรดีเอ็นเอ 1,077,947 ตัว จีโนมสังเคราะห์นี้ถูกนำเข้าสู่ เซลล์ M. capricolumซึ่งเริ่มลืมลักษณะเฉพาะของตัวเองและรับเอารูปลักษณ์และหน้าที่ของสายพันธุ์ผู้บริจาคจีโนมM. mycoidesแทน

“มันยังคงน่าทึ่งสำหรับฉันที่เพียงแค่เปลี่ยนซอฟต์แวร์ในเซลล์ เซลล์ก็เริ่มกระบวนการแปลงเป็นสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นในทันที” J. Craig Venter กล่าว “มันเกี่ยวกับวิธีการทำงานของชีวิต ไดนามิกของมัน”

ในทางส่วนใหญ่ จีโนมที่มนุษย์สร้างขึ้นนั้นคล้ายคลึงกับจีโนมธรรมชาติ โดยมีการปรับแต่งที่สำคัญบางประการ: นักวิทยาศาสตร์ได้เพิ่มลำดับดีเอ็นเอที่จีโนมต้องการเพื่อความอยู่รอดของขั้นตอนการประกอบที่มียีสต์ ทีมงานยังได้เพิ่มลำดับการเข้ารหัสสารที่ทำให้เซลล์เปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินเมื่อมียาบางชนิด ทำให้สามารถระบุอาณานิคมของแมลงสังเคราะห์ได้ด้วยตาเปล่า และสุดท้าย ลายน้ำทางพันธุกรรมที่ไม่ซ้ำกันสี่แบบที่สามารถนำมาใช้เพื่อแยกแยะ เซลล์ M. mycoides สังเคราะห์ จากเซลล์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติได้ อย่างไม่น่าสงสัย

จนถึงตอนนี้ Venter และทีมของเขายังไม่ได้ออกแบบคุณสมบัติพิเศษใดๆ ลงในจีโนมสังเคราะห์ George Church นักเทคโนโลยีแห่ง Harvard Medical School ในเมืองบอสตัน กล่าวว่า “นี่ไม่ได้เกี่ยวกับชิ้นส่วนมากนัก เนื่องจากเป็นแชสซีสำหรับใส่ชิ้นส่วนต่างๆ เข้าไป”

นักวิจัยได้แก้ไขยีนมาหลายปีแล้ว แต่ความสามารถใหม่นี้ในการแทนที่จีโนมทั้งหมดนั้นแตกต่างออกไป Venter กล่าว การศึกษาอื่น ๆ มักจะเปลี่ยนยีนจำนวนเล็กน้อยที่แยกได้จากแบคทีเรีย เขากล่าว “ตอนนี้เราเริ่มต้นด้วยข้อมูลในคอมพิวเตอร์ เราเริ่มต้นด้วยรหัสดิจิทัลและสร้างรหัสพันธุกรรมใหม่จากสารเคมีสี่ขวด [ของ A, T, G และ C ที่ประกอบเป็น DNA] ฉันคิดว่านั่นคือความแตกต่างทางปรัชญาที่ใหญ่ที่สุด”

แม้ว่าสำหรับบางคนแล้ว จีโนมที่มนุษย์สร้างขึ้นนี้ไม่ได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นในทางเทคนิค “เป็นผลงานที่ยอดเยี่ยม แต่ฉันจะไม่เรียกมันว่าสิ่งมีชีวิตประดิษฐ์” คอลลินส์กล่าว เขาโต้แย้งว่าสังเคราะห์โดยนัยถึงการออกแบบตั้งแต่เริ่มต้นไม่ใช่การลอกเลียนแบบจากจีโนมธรรมชาติ ยิ่งไปกว่านั้น การทดลองยังต้องการเซลล์ผู้รับเพื่อจัดหาไซโตพลาสซึมเพื่อเก็บจีโนมที่ปลูกถ่าย “มันเล็ก แต่ก็เป็นเรื่องสำคัญ” เขากล่าว

Glenn McGee จาก Center for Practical Bioethics ใน Kansas City, Mo. ยืนยันว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจะต้องผลิตได้สำเร็จจากวัตถุดิบ

“ความสำเร็จครั้งสำคัญยังไม่เกิดขึ้น” McGee กล่าว “สิ่งที่พวกเขาทำคือพวกเขาประสบความสำเร็จในการปลูกถ่าย DNA จากสิ่งหนึ่งไปอีกสิ่งหนึ่งโดยไม่ทำให้การทำงานของ DNA เก่าเสียหายอย่างเห็นได้ชัด อย่างที่ดีที่สุดที่พวกเขาเข้าใจ จากคำจำกัดความของหน้าที่ของมัน เมื่อฉันพูดอย่างนั้น มันก็มีความสำคัญน้อยกว่ามาก”

แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง