Відмінності між версіями «Mycoplasma laboratorium»

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
[неперевірена версія][перевірена версія]
(Ні про які вуглеводні не йдеться. Джерела нема.)
 
(Не показані 53 проміжні версії цього користувача)
Рядок 1: Рядок 1:
  +
{{Otheruses|Синтія}}
 
{{Taxobox
 
{{Taxobox
 
| color =
 
| color =
| name = ''Mycoplasma laboratorium''
+
| name = ''Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0''
 
| image =
 
| image =
 
| image_width =
 
| image_width =
 
| image_caption =
 
| image_caption =
 
| domain = [[Бактерії]] (Bacteria)
 
| domain = [[Бактерії]] (Bacteria)
| phylum =
+
| phylum = [[Tenericutes]]
  +
| classis = [[Mollicutes]]
| class =
 
 
| subclass =
 
| subclass =
| ordo =
+
| ordo = [[Mycoplasmatales]]
 
| subordo =
 
| subordo =
| familia =
+
| familia = [[Mycoplasmataceae]]
  +
| genus = [[Мікоплазма]] (''Mycoplasma'')
| genus =
 
  +
| species = ''[[Mycoplasma mycoides|M. mycoides]]''
| species_group =
 
  +
| subspecies = '''''M. m. JCVI-syn1.0'''''
| species =
 
  +
| trinomial = Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0
| binomial =
 
  +
| trinomial_authority = Gibson ''et al.'', 2010<ref group="a" name="synthcell"/>
| binomial_authority =
 
  +
| synonyms = ''Mycoplasma laboratorium'' <small>Reich, 2000</small>
| ncbi =
 
  +
| synonyms_ref = <ref name=Reich group="a">{{cite journal |last1=Reich |first1=KA |title=The search for essential genes. |journal=Research in Microbiology |date=June 2000 |volume=151 |issue=5 |pages=319–24 |pmid=10919511 |doi=10.1016/S0923-2508(00)00153-4 }}</ref>
 
| wikispecies = Mycoplasma laboratorium
 
| wikispecies = Mycoplasma laboratorium
 
}}
 
}}
   
  +
'''''Mycoplasma laboratorium''''' або '''''Synthia'''''<ref name="kwok" group="b" /> (бактерія Синтія)&nbsp;— [[Синтетична біологія|штучно синтезований]] [[штам]] [[Бактерія|бактерії]]. Проєкт побудови нової бактерії розвивався з моменту її створення. Спочатку метою було виявити мінімальний набір [[ген]]ів, необхідний для підтримки життя з [[геном]]у ''[[Mycoplasma genitalium]]'' і синтезувати ці гени синтетично, щоб створити «новий» організм. ''Mycoplasma genitalium'' спочатку була обрана як основа для цього проєкту, оскільки на той час у неї була найменша кількість генів з усіх проаналізованих організмів. Пізніше, фокус перемикнувся на ''[[Mycoplasma mycoides]]'' і застосування підходу «спроб і помилок»<ref name="stakes" group="b">{{Cite journal|last=Callaway|first=Ewen|date=2016|title='Minimal' cell raises stakes in race to harness synthetic life|journal=Nature|language=en|volume=531|issue=7596|pages=557–558|doi=10.1038/531557a|pmid=27029256|issn=0028-0836|bibcode=2016Natur.531..557C}}</ref>.
''Mycoplasma laboratorium'' або ''Synthia''<ref name="a">{{cite journal |last1=Reich |first1=KA |title=The search for essential genes. |journal=Research in Microbiology |date=June 2000 |volume=151 |issue=5 |pages=319–24 |pmid=10919511 |quote=In addition, the difficult genetics in these organisms makes subsequent verification of essentiality by directed knockouts problematic and virtually precludes the possibility of performing a de novo synthesis of ‘M. laboratorium’, the origin of the attention in the popular press.|doi=10.1016/S0923-2508(00)00153-4 }}</ref> (бактерія Синтія)&nbsp;— штучно синтезована [[бактерія]].
 
   
  +
Щоб визначити мінімальний набір генів, необхідний для підтримки життя, кожен з 482 генів ''M. genitalium'' був індивідуально видалений і життєздатність отриманого мутанта перевірена. Це призвело до визначення мінімального набору з 382 генів, які теоретично повинні представляти мінімальний геном<ref name="minimal" group="a">{{Cite journal|last=Glass|first=John I.|author2=Nacyra Assad-Garcia|author3=Nina Alperovich|author4=Shibu Yooseph|author5=Matthew R. Lewis|author6=Mahir Maruf|author7=Clyde A. Hutchison|author8=Hamilton O. Smith|author9=J. Craig Venter|date=2006-01-10|title=Essential genes of a minimal bacterium|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=103|issue=2|pages=425–430|bibcode=2006PNAS..103..425G|doi=10.1073/pnas.0510013103|pmc=1324956|pmid=16407165}}
Бактерія створена в рамках проекту [[синтетична біологія|синтетичної біології]] командою вчених начолі з Нобелевським лауреатом [[Гемілтон Сміт|Гемілтоном Смітом]].
 
  +
</ref>. У 2008 році повний набір генів ''M. genitalium'' був побудований в лабораторії з додаванням «водяних знаків» для ідентифікації генів як синтетичних<ref name="stitched" group="b">{{Cite journal|last=Ball|first=Philip|date=2008-01-24|title=Genome stitched together by hand|url=http://www.nature.com/articles/news.2008.522|journal=Nature|language=en|doi=10.1038/news.2008.522|issn=0028-0836}}</ref><ref name="assembly" group="a">{{Cite journal|last=Gibson|first=D. G.|last2=Benders|first2=G. A.|last3=Andrews-Pfannkoch|first3=C.|last4=Denisova|first4=E. A.|last5=Baden-Tillson|first5=H.|last6=Zaveri|first6=J.|last7=Stockwell|first7=T. B.|last8=Brownley|first8=A.|last9=Thomas|first9=D. W.|date=2008-02-29|title=Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome|journal=Science|language=en|volume=319|issue=5867|pages=1215–1220|doi=10.1126/science.1151721|pmid=18218864|issn=0036-8075|bibcode=2008Sci...319.1215G|url=https://semanticscholar.org/paper/8c662fd0e252c85d056aad7ff16009ebe1dd4cbc}}</ref>. Однак ''M. genitalium'' росте надзвичайно повільно і ''М. mycoides'' було обрано як нову ціль, щоб прискорити експерименти, спрямовані на визначення набору генів, фактично необхідного для росту<ref name="science_editorial" group="b" />.
  +
  +
У 2010 році повний геном ''M. mycoides'' був успішно синтезований з комп'ютерних записів і пересаджений в існуючу клітину ''[[Mycoplasma capricolum]]'', в якої було видалено ДНК<ref name="start up" group="b">{{Cite journal|last=Katsnelson|first=Alla|date=2010-05-20|title=Researchers start up cell with synthetic genome|url=http://www.nature.com/articles/news.2010.253|journal=Nature|language=en|doi=10.1038/news.2010.253|issn=0028-0836}}</ref>. За підрахунками, синтетичний геном, використаний для цього проєкту, коштував 40 мільйонів доларів США та 200 людино-років<ref name="science_editorial" group="b" />. Нова бактерія була здатна рости і отримала назву JCVI-syn1.0, або Synthia. Після додаткових експериментів з виявлення меншого набору генів, який міг би продукувати функціональний організм, виготовлено JCVI-syn3.0, що містить 473 гени<ref name="stakes" group="b" />. 149 з цих генів мають невідому функцію<ref name="stakes" group="b" />. Оскільки геном JCVI-syn3.0 є новим, його вважають першим справді синтетичним організмом.
  +
  +
== Проєкт мінімального геному ==
  +
Виготовлення Synthia є замислом у галузі синтетичної біології, реалізованим в [[Інститут Дж. Крейга Вентера|Інституті Дж. Крейга Вентера]] групою з приблизно 20 вчених на чолі з [[Список Нобелівських лауреатів|Нобелівським лауреатом]] [[Гемілтон Сміт|Гемілтоном Смітом]], яка містила також дослідника ДНК [[Крейг Вентер|Крейга Вентера]] та мікробіолога [[Клайд А. Гатчісон III|Клайда А. Гатчісона III]]. Загальною метою є зведення живого організму до найнеобхіднішого в ньому і, таким чином, з'ясування того, що потрібно для побудови нового організму з нуля<ref name="minimal" group="a" />. Спершу увага була зосереджена на бактерії ''M. genitalium'', облігатному внутрішньоклітинному паразиті, геном якого містить 482 гени, які утворені 582970 [[Пара основ|пар основ]], розташованих в одній кільцевій хромосомі (на момент початку проєкту це був найменший геном серед усіх відомих у природних організмів, які можна вирощувати у [[Культура клітин|культурі вільних клітин]]). Вони використовували [[транспозоновий мутагенез]], щоб визначити гени, які не були необхідними для росту організму, що призвело до виявлення мінімального набору з 382 генів<ref name="minimal" group="a" />. Цей замисел відомий як '''проєкт мінімального геному'''<ref group="a">{{cite book|title=Molecular Biology and Pathogenicity of Mycoplasmas (Razin S, Herrmann R, eds.)|authors=Hutchison CA, Montague MG|publisher=Kluwer Academic/Plenum|year=2002|isbn=978-0-306-47287-9|location=New York|pages=221–54|chapter=Mycoplasmas and the minimal genome concept}}</ref>.
  +
== Вибір організму ==
  +
=== Мікоплазма ===
  +
{{main|Мікоплазма}}
  +
''Mycoplasma''&nbsp;— [[Рід (біологія)|рід]] [[Бактерії|бактерій]] [[Клас (біологія)|класу]] [[Mollicutes]] у [[Відділ (біологія)|відділі]] [[Tenericutes]], що характеризується відсутністю [[Клітинна стінка|клітинної стінки]] (що робить її [[Грам-негативні бактерії|грам-негативною]]) через [[Паразитизм|паразитичний]] або [[Коменсалізм|коменсальний]] спосіб життя. У [[Молекулярна біологія|молекулярній біології]] цьому роду приділяють багато уваги як через те, що він є сумнозвісним важко викорінюваним забруднювачем у культурах клітин ссавців (він несприйнятливий до [[Бета-лактамні антибіотики|бета-лактамних]] та інших [[Антибіотики|антибіотиків]])<ref group="a">Young L, Sung J, Stacey G, Masters JR. "Detection of ''Mycoplasma'' in cell cultures". ''Nat Protoc.'' 2010 '''5'''(5): 929–34. Epub 2010 Apr 22.</ref>, так і через можливість потенційного використання його як [[Модельний організм|модельного організму]] через невеликий розмір його геному<ref group="a" name="Fraser">{{cite journal |authors=Fraser CM, Gocayne JD, White O, etal |title=The minimal gene complement of ''Mycoplasma genitalium'' |journal=[[Science (journal)|Science]] |volume=270 |issue=5235 |pages=397–403 |date=October 1995 |pmid=7569993 |doi= 10.1126/science.270.5235.397|bibcode = 1995Sci...270..397F |url=https://semanticscholar.org/paper/2a8a865edf9de021b3a832e70b6bb2ee188ce00b }}</ref>. Вибір роду для проєкту Synthia датується 2000-м роком, коли Карл Райх придумав фразу ''Mycoplasma laboratorium''<ref name=Reich group="a">{{cite journal |last1=Reich |first1=KA |title=The search for essential genes. |journal=Research in Microbiology |date=June 2000 |volume=151 |issue=5 |pages=319–24 |pmid=10919511 |doi=10.1016/S0923-2508(00)00153-4 }}</ref>.
  +
  +
=== Інші організми з малими геномами ===
  +
Станом на 2005 рік, ''[[Pelagibacter ubique]]'' ([[Альфа-протеобактерії|α-протеобактерія]] [[Порядок (біологія)|порядку]] [[Rickettsiales]]) мав найменший відомий геном (1 308 759 пар основ) серед будь-яких вільних живих організмів і є однією з найменших відомих самовідтворювальних клітин. Це, мабуть, найчисленніша бактерія у світі (можливо 10<sup>28</sup> окремих клітин) і, за оцінками, разом з іншими членами клади SAR11, вони складають від чверті до половини всіх бактеріальних або [[Археї|археальних]] клітин в океані<ref group="a">{{cite journal |authors=Morris RM, etal | title=SAR11 clade dominates ocean surface bacterioplankton communities |journal=[[Nature (journal)|Nature]] | volume=420 |pages=806–10 | year=2002 | doi=10.1038/nature01240 | pmid=12490947 | issue=6917|bibcode = 2002Natur.420..806M }}</ref>. Вона була ідентифікована у 2002 році за послідовностями рРНК і була повністю [[Секвенування|секвенована]] у 2005 році<ref group="a">{{cite journal| author=Stephen J. Giovannoni | title =Genome Streamlining in a Cosmopolitan Oceanic Bacterium| journal=[[Science (journal)|Science]] | volume=309 |pages=1242–1245 | year=2005|doi=10.1126/science.1114057 | pmid =16109880| issue=5738| author2=H. James Tripp| display-authors=2| last3=Givan| first3=S| last4=Podar| first4=M| last5=Vergin| first5=KL| last6=Baptista| first6=D| last7=Bibbs| first7=L| last8=Eads| first8=J| last9=Richardson| first9=TH|bibcode = 2005Sci...309.1242G | url =https://semanticscholar.org/paper/58a324138983d158150b2783e6ff71bd1c6906ed}}</ref>. Надзвичайно важко вирощувати види, які не досягають високої щільності росту в лабораторній культурі<ref group="a">{{cite journal |authors=Rappé MS, Connon SA, Vergin KL, Giovannoni SL | title=Cultivation of the ubiquitous SAR11 marine bacterioplankton clade | journal=[[Nature (journal)|Nature]]|volume=418 |pages=630–33 | year=2002 | doi=10.1038/nature00917 | pmid=12167859 | issue=6898|bibcode = 2002Natur.418..630R }}</ref><ref group="a">{{cite journal |authors=Tripp HJ, Kitner JB, Schwalbach MS, Dacey JW, Wilhelm LJ, Giovannoni SJ | journal=Nature |date=Apr 10, 2008 | volume=452 | issue=7188| pages=741–4 |title=SAR11 marine bacteria require exogenous reduced sulphur for growth | pmid= 18337719|bibcode = 2008Natur.452..741T |doi = 10.1038/nature06776 }}</ref>. Кілька нещодавно відкритих видів мають менше генів, ніж ''M. genitalium'', але не є вільноживучими: багато важливих генів, яких немає у ''[[Hodgkinia cicadicola]]'', ''[[Sulcia muelleri]]'', ''[[Baumannia cicadellinicola]]'' (симбіонти цикад) та ''[[Carsonella ruddi]]'' (симбіонт [[листоблішки]] ''[[Pachypsylla venusta]]''<ref group="a">{{Cite journal | doi = 10.1126/science.1134196 | last1 = Nakabachi | first1 = A. | last2 = Yamashita | first2 = A. | last3 = Toh | first3 = H. | last4 = Ishikawa | first4 = H. | last5 = Dunbar | first5 = H. E. | last6 = Moran | first6 = N. A. | last7 = Hattori | first7 = M. | title = The 160-Kilobase Genome of the Bacterial Endosymbiont Carsonella | journal = Science | volume = 314 | issue = 5797 | pages = 267 | year = 2006 | pmid = 17038615| url = https://semanticscholar.org/paper/6be962d755227c93ed71e4285ca9741ab94123f6 }}</ref>) можуть кодуватися в [[Клітинне ядро|ядрі]] [[Хазяїн (біологія)|хазяїна]]<ref group="a">{{Cite journal
  +
| last1 = McCutcheon | first1 = J. P.
  +
| last2 = McDonald | first2 = B. R.
  +
| last3 = Moran | first3 = N. A.
  +
| title = Convergent evolution of metabolic roles in bacterial co-symbionts of insects
  +
| journal = Proceedings of the National Academy of Sciences
  +
| volume = 106
  +
| issue = 36
  +
| pages = 15394–15399
  +
| year = 2009
  +
| pmid = 19706397
  +
| pmc = 2741262
  +
| doi = 10.1073/pnas.0906424106
  +
|bibcode = 2009PNAS..10615394M }}</ref>. Організмом з найменшим відомим набором генів станом на 2013 рік була ''[[Nasuia deltocephalinicola]]'', облігатний симбіонт. Він має лише 137 генів і розмір геному 112 тисяч пар основ<ref group="a">{{cite journal|authors=Nancy A. Moran and Gordon M. Bennett|date=2014|title=The Tiniest Tiny Genomes|journal=Annual Review of Microbiology|volume=68|pages=195–215|doi=10.1146/annurev-micro-091213-112901|pmid=24995872}}</ref><ref group="b">{{cite web|url=http://phenomena.nationalgeographic.com/2013/08/23/and-the-genomes-keep-shrinking/|title=And the Genomes Keep Shrinking...|last=Zimmer|first=Carl|date=2013-08-23|work=National Geographic}}</ref>.
  +
  +
{| class="wikitable sortable"
  +
|-
  +
! видова назва
  +
! кількість генів
  +
! розмір (т.п.о.)
  +
|-
  +
| ''[[Candidatus]] [[Hodgkinia cicadicola]]'' Dsem [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/1818]
  +
| 169
  +
| 0.14
  +
|-
  +
| ''Candidatus [[Carsonella ruddii]]'' PV [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/1470]
  +
| 182
  +
| 0.16
  +
|-
  +
| ''Candidatus [[Sulcia muelleri]]'' GWSS [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/2607]
  +
| 227
  +
| 0.25
  +
|-
  +
| ''Candidatus [[Sulcia muelleri]]'' SMDSEM [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/2607]
  +
| 242
  +
| 0.28
  +
|-
  +
| ''[[Buchnera aphidicola]]'' str. ''Cinara cedri'' [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/170]
  +
| 357
  +
| 0.4261
  +
|-
  +
| ''[[Mycoplasma genitalium]]'' G37 [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/474]
  +
| 475
  +
| 0.58
  +
|-
  +
| ''Candidatus [[Phytoplasma mali]]'' [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/1695]
  +
| 479
  +
| 0.6
  +
|-
  +
| ''[[Buchnera aphidicola]]'' str. ''Baizongia pistaciae'' [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/170]
  +
| 504
  +
| 0.6224
  +
|-
  +
| ''[[Nanoarchaeum equitans]]'' Kin4-M [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/1122]
  +
| 540
  +
| 0.49
  +
|}
  +
  +
== Техніки ==
  +
Для проєкту потрібно було розробити або адаптувати кілька лабораторних технік, оскільки він потребував синтез та маніпуляції з дуже великими ділянками ДНК.
  +
=== Трансплантація бактеріального геному ===
  +
У 2007 році команда Вентера повідомила, що їм вдалося перенести хромосому виду ''Mycoplasma mycoides'' до ''Mycoplasma capricolum'' шляхом:
  +
* виділення геному ''M. mycoides'': м’який лізис клітин, що потрапили в агар - розплавлений агар, змішаний з клітинами та залишений для утворення гелю, з подальшим електрофорезом в пульсувальному полі та виділення смуги правильного розміру (кільцева; 1,25 тисячі пар основ);
  +
* створення компетентних клітин-реципієнтів ''M. capricolum'': ріст у збагачених середовищах супроводжувався голодуванням у збіднених середовищах, де нуклеотидне голодування призводить до інгібування реплікації ДНК та зміни морфології; і
  +
* [[поліетиленгліколь]]-опосередкована трансформація кільцевої хромосоми до клітин, що не містять ДНК, з подальшим відбором<ref group="a" name="transfer">{{cite journal | author= Lartigue C, Glass JI, Alperovich N, Pieper R, Parmar PP, Hutchison CA 3rd, Smith HO, Venter JC | title= Genome transplantation in bacteria: changing one species to another | journal= Science| date=Aug 3, 2007 | volume=317 |issue=5838 |pages=632–8|bibcode = 2007Sci...317..632L |doi = 10.1126/science.1144622 | pmid=17600181}}</ref>.
  +
Термін [[Трансформація (генетика)|трансформація]] використовується для позначення вставлення вектора в бактеріальну клітину (електропорацією або тепловим шоком). Тут, термін трансплантація застосовується як ядерна трансплантація.
  +
  +
=== Синтез бактеріальної хромосоми ===
  +
У 2008 році група Вентера описала виготовлення синтетичного геному, копії послідовності [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/L43967 L43967] ''M. genitalium'' G37, за ієрархічною стратегією<ref group="a" name="synthesis">{{Cite journal|last=Gibson|first=B|author2=Clyde A. Hutchison|author3=Cynthia Pfannkoch|author4=J. Craig Venter|display-authors=etal|date=2008-01-24|title=Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome|journal=Science|volume=319|issue=5867|pages=1215–20|bibcode=2008Sci...319.1215G|doi=10.1126/science.1151721|pmid=18218864|url=https://semanticscholar.org/paper/8c662fd0e252c85d056aad7ff16009ebe1dd4cbc}}</ref>:
  +
* Синтез → 1 тисячі пар основ (т.п.о.): Геномна послідовність була синтезована [http://www.blueheronbio.com/ Blue Heron] у 1078 касетах 1080 п.о. із перекриттям 80 п.о. і сайтами рестрикції NotI (неефективна, але рідкісна [[Ендонуклеази рестрикції|рестриктаза]]).
  +
* Лігування → 10 т.п.о.: 109 груп серії з 10 послідовних касет лігували та клонували в ''E. coli'' в плазміді й правильну перестановку перевіряли секвенуванням.
  +
* [[Полімеразна ланцюгова реакція#Методи ПЛР|Мультиплексна ПЛР]] → 100 т.п.о.: 11 груп серії з 10 послідовних 10 т.п.о. збірок (вирощених на дріжджах) об'єднували мультиплексною ПЛР, використовуючи пару праймерів для кожної 10 т.п.о. збірки.
  +
* Виділення та рекомбінація → вторинні вузли були виділені, з’єднані та трансформовані в дріжджові сферопласти без векторної послідовності (присутній у збірці 811-900).
  +
Геном цього результату 2008 року, ''M. genitalium'' JCVI-1.0, опублікований на GenBank як [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/CP001621.1 CP001621.1]. Його не слід плутати з пізнішими синтетичними організмами, позначеними як JCVI-syn, на основі ''M. mycoides''<ref group="a" name="synthesis"/>
  +
.
  +
  +
== Синтетичний геном ==
  +
У 2010 році Вентер та його колеги створили штам ''Mycoplasma mycoides'' '''JCVI-syn1.0''' із синтетичним геномом<ref group="a" name="synthcell">{{cite journal|last1=Gibson|first1=D. G.|last2=Glass|first2=J. I.|last3=Lartigue|first3=C.|last4=Noskov|first4=V. N.|last5=Chuang|first5=R.-Y.|last6=Algire|first6=M. A.|last7=Benders|first7=G. A.|last8=Montague|first8=M. G.|last9=Ma|first9=L.|last10=Moodie|first10=M. M.|last11=Merryman|first11=C.|last12=Vashee|first12=S.|last13=Krishnakumar|first13=R.|last14=Assad-Garcia|first14=N.|last15=Andrews-Pfannkoch|first15=C.|last16=Denisova|first16=E. A.|last17=Young|first17=L.|last18=Qi|first18=Z.-Q.|last19=Segall-Shapiro|first19=T. H.|last20=Calvey|first20=C. H.|last21=Parmar|first21=P. P.|last22=Hutchison|first22=C. A.|last23=Smith|first23=H. O.|last24=Venter|first24=J. C.|title=Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome|journal=Science|date=20 May 2010|volume=329|issue=5987|pages=52–56|bibcode = 2010Sci...329...52G |doi = 10.1126/science.1190719 | pmid=20488990}}</ref>. Спочатку синтетична конструкція не працювала, щоб точно визначити помилку, що призвела до затримки всього проєкту на 3 місяці, була створена серія напівсинтетичних конструкцій<ref group="b" name="science_editorial"/>. Причиною збою був однонуклеотидний зсув рамки зчитування в DnaA, факторі ініціації реплікації<ref group="a" name="synthcell"/>.
  +
  +
Метою побудови клітини з синтетичним геномом було випробування методології як кроку до створення модифікованих геномів у майбутньому. Використання природного геному як шаблону мінімізувало потенційні джерела невдач. Кілька відмінностей є у ''Mycoplasma mycoides'' JCVI-syn1.0 щодо референсного геному, зокрема транспозон IS1 ''E.coli'' (інфекція зі стадії 10 т.п.о.) і дублювання 85 п.о., а також елементи, необхідні для розмноження в дріжджах та залишки з сайтів рестрикції<ref group="a" name="synthcell"/>.
  +
  +
Існували суперечки щодо того, чи JCVI-syn1.0 є справжнім синтетичним організмом. Хоча геном синтезувався хімічно у багатьох ділянках, він був сконструйований так, щоб тісно відповідати батьківському геному і пересаджувався в цитоплазму природної клітини. ДНК сама по собі не може створити життєздатну клітину: білки та РНК необхідні для зчитування ДНК, а ліпідні мембрани - для компартменталізації ДНК та цитоплазми. У JCVI-syn1.0 два види, що використовуються як донор і реципієнт, належать до одного роду, зменшуючи потенційні проблеми невідповідності між білками в цитоплазмі хазяїна та новим геномом<ref group="a">{{cite journal | last1 = Povolotskaya | first1 = IS | last2 = Kondrashov | first2 = FA | date = Jun 2010 | title = Sequence space and the ongoing expansion of the protein universe | journal = Nature | volume = 465 | issue = 7300| pages = 922–6 | doi=10.1038/nature09105 | pmid=20485343| bibcode = 2010Natur.465..922P }}</ref>. Пол Кейм (молекулярний генетик з Університету Північної Аризони у [[Флегстафф]]і) зазначив, що «попереду великі виклики, перш ніж генні інженери зможуть змішувати, поєднувати та повністю проєктувати геном організму з нуля»<ref group="b" name="science_editorial">{{cite journal |author=Pennisi E |title=Genomics. Synthetic genome brings new life to bacterium |journal=Science |volume=328 |issue=5981 |pages=958–9 |date=May 2010 |pmid=20488994 |doi=10.1126/science.328.5981.958 | url=http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/328/5981/958.pdf}}</ref>.
  +
=== Водяні знаки ===
  +
[[File:Hidden watermark.jpg|thumb|Прихований водяний знак на напівпровідниковій мікросхемі 1976 року, що виступає підписом його творців. Аналогічним чином [[Крейг Вентер|Джон Крейг Вентер]] та його команда додали водяні знаки з використанням [[стоп-кодон]]ів, щоб підписати їх створення.]]
  +
Значно розрекламованою особливістю JCVI-syn1.0 є наявність послідовностей «водяних знаків». 4 водяні знаки (показано на Рисунку S1 у додатковому матеріалі статті<ref group="a" name="synthcell"/>)&nbsp;— це закодовані повідомлення, записані в ДНК, довжиною 1246, 1081, 1109 та 1222 пар основ відповідно. Ці повідомлення не використовували стандартний генетичний код, в якому послідовності 3 основ ДНК кодують амінокислоти, а новий код, винайдений для цієї мети, який читачам було запропоновано розв'язати. Вміст «водяних знаків» такий:
  +
# Водяний знак 1: HTML-скрипт, який читається в браузері як текст, що вітає декодера, та інструкції щодо того, як надіслати авторам електронний лист для підтвердження декодування.
  +
# Водяний знак 2: список авторів та цитата [[Джеймс Джойс|Джеймса Джойса]]: «Жити, помилятися, падати, тріумфувати, відтворювати життя поза життям».
  +
# Водяний знак 3: більше авторів та цитата [[Роберт Оппенгеймер|Роберта Оппенгеймера]] (не вказаний): «Бачити речі не такими, як вони є, а такими, якими вони можуть бути».
  +
# Водяний знак 4: більше авторів та цитата [[Річард Філіпс Фейнман|Річарда Фейнмана]]: «Те, що я не можу побудувати, я не можу зрозуміти».
  +
=== JCVI-syn3.0 ===
  +
[[File:Syn3_genome.svg|thumb|280x280px|Функції генів в мінімальному геномі синтетичного організму, ''Syn 3''<ref name="Hutchison" group="a">{{Cite journal|last=Hutchison|first=Clyde A.|last2=Chuang|first2=Ray-Yuan|last3=Noskov|first3=Vladimir N.|last4=Assad-Garcia|first4=Nacyra|last5=Deerinck|first5=Thomas J.|last6=Ellisman|first6=Mark H.|last7=Gill|first7=John|last8=Kannan|first8=Krishna|last9=Karas|first9=Bogumil J.|date=2016-03-25|title=Design and synthesis of a minimal bacterial genome|journal=Science|language=en|volume=351|issue=6280|pages=aad6253|bibcode=2016Sci...351.....H|doi=10.1126/science.aad6253|issn=0036-8075|pmid=27013737}}</ref>.]]
  +
У 2016 році Інститут Вентера використав гени з JCVI-syn1.0 для синтезу меншого геному, який вони називають JCVI-syn3.0, який містить 531560 пар основ і 473 гени<ref name="syn3" group="b">[http://astrobiology.com/2016/03/first-minimal-synthetic-bacterial-cell.html First Minimal Synthetic Bacterial Cell]. ''Astrobiology Web''. March 24, 2016.</ref>. У 1996 році, порівнявши ''M. genitalium'' з іншою невеликою бактерією ''Haemophilus influenza'', Аркадій Мушегян та Євген Кунін припустили, що може існувати загальний набір з 256 генів, який може бути мінімальним набором генів, необхідним для життєздатності<ref name="atlantic" group="b">{{cite news|url=https://www.theatlantic.com/science/archive/2016/03/the-quest-to-make-synthetic-cells-shows-how-little-we-know-about-life/475053/|title=The Mysterious Thing About a Marvelous New Synthetic Cell|last=Yong|first=Ed|date=March 24, 2016}}</ref><ref group ="a">{{cite journal|authors=Arcady R. Mushegian and Eugene V. Koonin|date=September 1996|title=A minimal gene set for cellular life derived by comparison of complete bacterial genomes|journal=Proc. Natl. Acad. Sci. USA|volume=93|issue=19|pages=10268–10273|bibcode=1996PNAS...9310268M|doi=10.1073/pnas.93.19.10268|pmc=38373|pmid=8816789}}</ref>. У цьому новому організмі кількість генів можна зменшити лише до 473, 149 з яких мають функції, які абсолютно невідомі<ref name="atlantic" group="b">{{cite news|url=https://www.theatlantic.com/science/archive/2016/03/the-quest-to-make-synthetic-cells-shows-how-little-we-know-about-life/475053/|title=The Mysterious Thing About a Marvelous New Synthetic Cell|last=Yong|first=Ed|date=March 24, 2016}}</ref>. У 2019 році була опублікована повна обчислювальна модель усіх шляхів у клітині Syn3.0, що представляє першу повну модель ''[[in silico]]'' для живого мінімального організму<ref group="a">{{Cite journal|doi=10.7554/eLife.36842|pmid=30657448|pmc=6609329|title=Essential metabolism for a minimal cell|journal=eLife|volume=8|year=2019|last1=Breuer|first1=Marian|last2=Earnest|first2=Tyler M.|last3=Merryman|first3=Chuck|last4=Wise|first4=Kim S.|last5=Sun|first5=Lijie|last6=Lynott|first6=Michaela R.|last7=Hutchison|first7=Clyde A.|last8=Smith|first8=Hamilton O.|last9=Lapek|first9=John D.|last10=Gonzalez|first10=David J.|last11=De Crécy-Lagard|first11=Valérie|last12=Haas|first12=Drago|last13=Hanson|first13=Andrew D.|last14=Labhsetwar|first14=Piyush|last15=Glass|first15=John I.|last16=Luthey-Schulten|first16=Zaida}}</ref>.
  +
  +
== Проблеми та суперечки ==
  +
=== Сприйняття ===
  +
6 жовтня 2007 року Крейг Вентер заявив в інтерв'ю британській газеті ''[[Ґардіан (газета)|The Guardian]]'', що ця ж команда хімічно синтезувала модифіковану версію єдиної хромосоми ''Mycoplasma genitalium''. Синтезований геном ще не був пересаджений в робочу клітину. Наступного дня канадська група з біоетики, ETC Group опублікувала заяву через свого представника, Пата Муні, сказавши, що «творіння» Вентера&nbsp; — це «шасі, на якому можна побудувати майже все. Це може бути внеском у людство, таким як нові ліки або величезна загроза людству, така як біозброя». Вентер прокоментував: «Ми маємо справу з великими ідеями. Ми намагаємось створити нову систему цінностей для життя. Коли маєте справу в такому масштабі, ви не можете очікувати, що всі будуть щасливі»<ref name="pilk" group="b">{{cite news|url=https://www.theguardian.com/science/2007/oct/06/genetics.climatechange|title=I am creating artificial life, declares US gene pioneer|last=Pilkington|first=Ed|date=6 Oct 2009|accessdate=23 Nov 2012|publisher=The Guardian|location=London}}</ref>.
  +
  +
21 травня 2010 року [[Science]] повідомив, що група Вентера успішно синтезувала геном бактерії ''Mycoplasma mycoides'' з комп'ютерних записів і пересадила синтезований геном в наявну клітину бактерії ''Mycoplasma capricolum'', в якої видалили ДНК. «Синтетична» бактерія була життєздатною, тобто здатною до розмноження<ref name="kwok" group="b">{{cite journal|author=Roberta Kwok|year=2010|title=Genomics: DNA's master craftsmen|journal=Nature|volume=468|issue=7320|pages=22–5|bibcode=2010Natur.468...22K|doi=10.1038/468022a|pmid=21048740}}</ref>. Вентер описав його як «перший вид .... що мав батьків комп’ютерів»<ref group="b">{{cite news|url=http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/8695992.stm|title=How scientists made 'artificial life'|date=2010-05-20|work=BBC News|accessdate=2010-05-21}}</ref>.
  +
  +
Створення нової синтетичної бактерії JCVI-3.0 було оголошено в ''Science'' 25 березня 2016 року. Вона має тільки 473 гени. Вентер назвав її «першим дизайнерським організмом в історії» й стверджував, що той факт, що 149 необхідних генів мають невідомі функції, означає, що «у всій галузі біології не вистачає третини того, що має важливе значення для життя»<ref group="a">{{Cite web|url=https://www.forbes.com/sites/matthewherper/2016/03/24/bio-maverick-craig-venter-hacks-bacteria-to-have-tiniest-possible-genetic-code/|title=After 20 Year Quest, Biologists Create Synthetic Bacteria With No Extra Genes|last=Herper|first=Matthew|website=Forbes|language=en|access-date=2019-07-02}}</ref>.
  +
=== Висвітлення в пресі ===
  +
Проєкт отримав значне висвітлення у пресі завдяки видовищності Вентера до тієї міри, що Джей Кіслінг, синтетичний біолог-новатор і засновник Amyris сказав, що «Єдиний регламент, який нам потрібен, — це вуста мого колеги»<ref group="b" name="venterstrategy">Andrew Pollack, His Corporate Strategy: The Scientific Method, NYTimes, September 4, 2010</ref>.
  +
=== Корисність ===
  +
Вентер стверджував, що синтетичні бактерії&nbsp;— це крок до створення організмів для виробництва [[Водень|водню]] та [[Біопаливо|біопалива]], а також для поглинання [[Діоксид вуглецю|вуглекислого газу]] та інших [[Парникові гази|парникових газів]]. Джордж Макдональд Черч, інший піонер у синтетичній біології, висловив протилежну думку про те, що створення повністю синтетичного геному не є необхідним, оскільки ''E. coli'' росте ефективніше, ніж ''M. genitalium'', навіть з усією додатковою ДНК; він прокоментував, що синтетичні гени були включені в ''E.coli'' для виконання деяких із зазначених вище завдань<ref name="sciam" group="b">[http://www.sciam.com/article.cfm?id=longest-piece-of-dna-yet Longest Piece of Synthetic DNA Yet], ''Scientific American News'', 24 January 2008</ref>.
  +
=== Інтелектуальна власність ===
  +
Інститут Дж. Крейга Вентера подав заявку на патенти на геном ''Mycoplasma laboratorium'' («мінімальний бактеріальний геном») у США та на міжнародному рівні у 2006 році<ref group="b">"[http://www.economist.com/science/displaystory.cfm?story_id=9333408 Artificial life: Patent pending]", ''The Economist'', June 14, 2007. Retrieved October 7, 2007.</ref><ref group="b">Roger Highfield, "[https://www.telegraph.co.uk/news/main.jhtml?xml=/news/2007/06/08/nbiofuel108.xml Man-made microbe 'to create endless biofuel']", ''Telegraph'', June 8, 2007. Retrieved October 7, 2007.</ref><ref group="a">US Patent Application: [http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&amp;Sect2=HITOFF&amp;d=PG01&amp;p=1&amp;u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.html&amp;r=1&amp;f=G&amp;l=50&amp;s1=%2220070122826%22.PGNR.&amp;OS=DN/20070122826&amp;RS=DN/20070122826 20070122826]</ref>. Група ETC, канадська група з біоетики, протестувала на тій підставі, що патент був занадто широким за обсягом<ref group="b">{{Cite web|url=http://sitn.hms.harvard.edu/flash/2008/issue38/|title=The Emerging Field of Synthetic Biology: "Syn" or Salvation?|last=Ianculovici|first=Elena|date=2008-01-15|website=Science in the News|language=en-US|access-date=2019-07-03}}</ref>.
  +
  +
== Подібні проєкти ==
  +
З 2002 по 2010 рік команда [[Угорська академія наук|Угорської академії наук]] створювала штам [[Кишкова паличка|кишкової палички]] під назвою MDS42, який зараз продається Scarab Genomics of Madison, WI під назвою «Clean Genome. E.coli»<ref group="b">{{cite web | url=http://www.scarabgenomics.com/| title=Scarab Genomics LLC. Company web site.}}</ref>, в якому 15% геному батьківського штаму (''E. coli'' K-12 MG1655) було видалено задля підвищення ефективності молекулярно-біологічних досліджень. Видалення [[IS-елементи|IS-елементів]], [[псевдоген]]ів і [[Бактеріофаги|фагів]] призводить до кращого збереження кодованих [[плазміда]]ми токсичних генів, які часто інактивуються [[транспозон]]ами<ref group="a">{{cite journal | journal=Microbial Cell Factories | year = 2010 | volume=9 | pages=38 | title= Reduced evolvability of Escherichia coli MDS42, an IS-less cellular chassis for molecular and synthetic biology applications |authors=Umenhoffer K, Fehér T, Balikó G, Ayaydin F, Pósfai J, Blattner FR, Pósfai G | pmid = 20492662 | doi=10.1186/1475-2859-9-38 | pmc=2891674}}</ref><ref group="a">{{cite journal | title=Emergent properties of reduced-genome Escherichia coli | author= Pósfai G, Plunkett G 3rd, Fehér T, Frisch D, Keil GM, Umenhoffer K, Kolisnychenko V, Stahl B, Sharma SS, de Arruda M, Burland V, Harcum SW, Blattner FR | journal=Science | year=2006 | volume=312 |issue=5776 | pages=1044–6 | pmid= 16645050 |bibcode = 2006Sci...312.1044P |doi = 10.1126/science.1126439 | url= https://semanticscholar.org/paper/fd793f0cd8ef5662b45e39c5cbd54a50e333b70e }}</ref><ref group="a">{{cite journal | title= Engineering a reduced Escherichia coli genome | author= Kolisnychenko V, Plunkett G 3rd, Herring CD, Fehér T, Pósfai J, Blattner FR, Pósfai G | journal=Genome Res | date=April 2002 |volume=12 | issue=4 |pages=640–7 | pmid= 11932248 | doi=10.1101/gr.217202 | pmc=187512}}</ref>. Біохімічні властивості та реплікаційна машинерія не зазнали змін.
   
 
== Див. також ==
 
== Див. також ==
  +
* [[Штучне життя]]
 
* [[Синтетична біологія]]
 
* [[Синтетична біологія]]
 
== Примітки ==
 
{{reflist}}
 
   
 
== Посилання ==
 
== Посилання ==
  +
=== Першоджерела ===
  +
<references group="a"/>
   
  +
=== Популярна преса ===
  +
<references group="b"/>
  +
<references />
  +
== Джерела ==
  +
*[https://web.archive.org/web/20190419235724/https://www.jcvi.org/research J. Craig Venter Institute: Research Groups]
 
{{Нормативний контроль}}
 
{{Нормативний контроль}}
[[Категорія:Мікобактерії]]
+
[[Категорія:Штучне життя]]
[[Категорія:Патогенні бактерії]]
+
[[Категорія:Синтетична біологія]]
  +
[[Категорія:Мікоплазми]]
  +
[[Категорія:Firmicutes]]

Поточна версія на 23:16, 3 лютого 2021

Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0
Біологічна класифікація
Домен: Бактерії (Bacteria)
Тип: Tenericutes
Клас: Mollicutes
Ряд: Mycoplasmatales
Родина: Mycoplasmataceae
Рід: Мікоплазма (Mycoplasma)
Вид: M. mycoides
Підвид: M. m. JCVI-syn1.0
Триноміальна назва
Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0
Gibson et al., 2010[a 1]
Синоніми[a 2]
Mycoplasma laboratorium Reich, 2000
Посилання
Wikispecies-logo.svg Віківиди: Mycoplasma laboratorium

Mycoplasma laboratorium або Synthia[b 1] (бактерія Синтія) — штучно синтезований штам бактерії. Проєкт побудови нової бактерії розвивався з моменту її створення. Спочатку метою було виявити мінімальний набір генів, необхідний для підтримки життя з геному Mycoplasma genitalium і синтезувати ці гени синтетично, щоб створити «новий» організм. Mycoplasma genitalium спочатку була обрана як основа для цього проєкту, оскільки на той час у неї була найменша кількість генів з усіх проаналізованих організмів. Пізніше, фокус перемикнувся на Mycoplasma mycoides і застосування підходу «спроб і помилок»[b 2].

Щоб визначити мінімальний набір генів, необхідний для підтримки життя, кожен з 482 генів M. genitalium був індивідуально видалений і життєздатність отриманого мутанта перевірена. Це призвело до визначення мінімального набору з 382 генів, які теоретично повинні представляти мінімальний геном[a 3]. У 2008 році повний набір генів M. genitalium був побудований в лабораторії з додаванням «водяних знаків» для ідентифікації генів як синтетичних[b 3][a 4]. Однак M. genitalium росте надзвичайно повільно і М. mycoides було обрано як нову ціль, щоб прискорити експерименти, спрямовані на визначення набору генів, фактично необхідного для росту[b 4].

У 2010 році повний геном M. mycoides був успішно синтезований з комп'ютерних записів і пересаджений в існуючу клітину Mycoplasma capricolum, в якої було видалено ДНК[b 5]. За підрахунками, синтетичний геном, використаний для цього проєкту, коштував 40 мільйонів доларів США та 200 людино-років[b 4]. Нова бактерія була здатна рости і отримала назву JCVI-syn1.0, або Synthia. Після додаткових експериментів з виявлення меншого набору генів, який міг би продукувати функціональний організм, виготовлено JCVI-syn3.0, що містить 473 гени[b 2]. 149 з цих генів мають невідому функцію[b 2]. Оскільки геном JCVI-syn3.0 є новим, його вважають першим справді синтетичним організмом.

Проєкт мінімального геному[ред. | ред. код]

Виготовлення Synthia є замислом у галузі синтетичної біології, реалізованим в Інституті Дж. Крейга Вентера групою з приблизно 20 вчених на чолі з Нобелівським лауреатом Гемілтоном Смітом, яка містила також дослідника ДНК Крейга Вентера та мікробіолога Клайда А. Гатчісона III. Загальною метою є зведення живого організму до найнеобхіднішого в ньому і, таким чином, з'ясування того, що потрібно для побудови нового організму з нуля[a 3]. Спершу увага була зосереджена на бактерії M. genitalium, облігатному внутрішньоклітинному паразиті, геном якого містить 482 гени, які утворені 582970 пар основ, розташованих в одній кільцевій хромосомі (на момент початку проєкту це був найменший геном серед усіх відомих у природних організмів, які можна вирощувати у культурі вільних клітин). Вони використовували транспозоновий мутагенез, щоб визначити гени, які не були необхідними для росту організму, що призвело до виявлення мінімального набору з 382 генів[a 3]. Цей замисел відомий як проєкт мінімального геному[a 5].

Вибір організму[ред. | ред. код]

Мікоплазма[ред. | ред. код]

Докладніше: Мікоплазма

Mycoplasma — рід бактерій класу Mollicutes у відділі Tenericutes, що характеризується відсутністю клітинної стінки (що робить її грам-негативною) через паразитичний або коменсальний спосіб життя. У молекулярній біології цьому роду приділяють багато уваги як через те, що він є сумнозвісним важко викорінюваним забруднювачем у культурах клітин ссавців (він несприйнятливий до бета-лактамних та інших антибіотиків)[a 6], так і через можливість потенційного використання його як модельного організму через невеликий розмір його геному[a 7]. Вибір роду для проєкту Synthia датується 2000-м роком, коли Карл Райх придумав фразу Mycoplasma laboratorium[a 2].

Інші організми з малими геномами[ред. | ред. код]

Станом на 2005 рік, Pelagibacter ubique (α-протеобактерія порядку Rickettsiales) мав найменший відомий геном (1 308 759 пар основ) серед будь-яких вільних живих організмів і є однією з найменших відомих самовідтворювальних клітин. Це, мабуть, найчисленніша бактерія у світі (можливо 1028 окремих клітин) і, за оцінками, разом з іншими членами клади SAR11, вони складають від чверті до половини всіх бактеріальних або археальних клітин в океані[a 8]. Вона була ідентифікована у 2002 році за послідовностями рРНК і була повністю секвенована у 2005 році[a 9]. Надзвичайно важко вирощувати види, які не досягають високої щільності росту в лабораторній культурі[a 10][a 11]. Кілька нещодавно відкритих видів мають менше генів, ніж M. genitalium, але не є вільноживучими: багато важливих генів, яких немає у Hodgkinia cicadicola, Sulcia muelleri, Baumannia cicadellinicola (симбіонти цикад) та Carsonella ruddi (симбіонт листоблішки Pachypsylla venusta[a 12]) можуть кодуватися в ядрі хазяїна[a 13]. Організмом з найменшим відомим набором генів станом на 2013 рік була Nasuia deltocephalinicola, облігатний симбіонт. Він має лише 137 генів і розмір геному 112 тисяч пар основ[a 14][b 6].

видова назва кількість генів розмір (т.п.о.)
Candidatus Hodgkinia cicadicola Dsem [1] 169 0.14
Candidatus Carsonella ruddii PV [2] 182 0.16
Candidatus Sulcia muelleri GWSS [3] 227 0.25
Candidatus Sulcia muelleri SMDSEM [4] 242 0.28
Buchnera aphidicola str. Cinara cedri [5] 357 0.4261
Mycoplasma genitalium G37 [6] 475 0.58
Candidatus Phytoplasma mali [7] 479 0.6
Buchnera aphidicola str. Baizongia pistaciae [8] 504 0.6224
Nanoarchaeum equitans Kin4-M [9] 540 0.49

Техніки[ред. | ред. код]

Для проєкту потрібно було розробити або адаптувати кілька лабораторних технік, оскільки він потребував синтез та маніпуляції з дуже великими ділянками ДНК.

Трансплантація бактеріального геному[ред. | ред. код]

У 2007 році команда Вентера повідомила, що їм вдалося перенести хромосому виду Mycoplasma mycoides до Mycoplasma capricolum шляхом:

  • виділення геному M. mycoides: м’який лізис клітин, що потрапили в агар - розплавлений агар, змішаний з клітинами та залишений для утворення гелю, з подальшим електрофорезом в пульсувальному полі та виділення смуги правильного розміру (кільцева; 1,25 тисячі пар основ);
  • створення компетентних клітин-реципієнтів M. capricolum: ріст у збагачених середовищах супроводжувався голодуванням у збіднених середовищах, де нуклеотидне голодування призводить до інгібування реплікації ДНК та зміни морфології; і
  • поліетиленгліколь-опосередкована трансформація кільцевої хромосоми до клітин, що не містять ДНК, з подальшим відбором[a 15].

Термін трансформація використовується для позначення вставлення вектора в бактеріальну клітину (електропорацією або тепловим шоком). Тут, термін трансплантація застосовується як ядерна трансплантація.

Синтез бактеріальної хромосоми[ред. | ред. код]

У 2008 році група Вентера описала виготовлення синтетичного геному, копії послідовності L43967 M. genitalium G37, за ієрархічною стратегією[a 16]:

  • Синтез → 1 тисячі пар основ (т.п.о.): Геномна послідовність була синтезована Blue Heron у 1078 касетах 1080 п.о. із перекриттям 80 п.о. і сайтами рестрикції NotI (неефективна, але рідкісна рестриктаза).
  • Лігування → 10 т.п.о.: 109 груп серії з 10 послідовних касет лігували та клонували в E. coli в плазміді й правильну перестановку перевіряли секвенуванням.
  • Мультиплексна ПЛР → 100 т.п.о.: 11 груп серії з 10 послідовних 10 т.п.о. збірок (вирощених на дріжджах) об'єднували мультиплексною ПЛР, використовуючи пару праймерів для кожної 10 т.п.о. збірки.
  • Виділення та рекомбінація → вторинні вузли були виділені, з’єднані та трансформовані в дріжджові сферопласти без векторної послідовності (присутній у збірці 811-900).

Геном цього результату 2008 року, M. genitalium JCVI-1.0, опублікований на GenBank як CP001621.1. Його не слід плутати з пізнішими синтетичними організмами, позначеними як JCVI-syn, на основі M. mycoides[a 16] .

Синтетичний геном[ред. | ред. код]

У 2010 році Вентер та його колеги створили штам Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 із синтетичним геномом[a 1]. Спочатку синтетична конструкція не працювала, щоб точно визначити помилку, що призвела до затримки всього проєкту на 3 місяці, була створена серія напівсинтетичних конструкцій[b 4]. Причиною збою був однонуклеотидний зсув рамки зчитування в DnaA, факторі ініціації реплікації[a 1].

Метою побудови клітини з синтетичним геномом було випробування методології як кроку до створення модифікованих геномів у майбутньому. Використання природного геному як шаблону мінімізувало потенційні джерела невдач. Кілька відмінностей є у Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 щодо референсного геному, зокрема транспозон IS1 E.coli (інфекція зі стадії 10 т.п.о.) і дублювання 85 п.о., а також елементи, необхідні для розмноження в дріжджах та залишки з сайтів рестрикції[a 1].

Існували суперечки щодо того, чи JCVI-syn1.0 є справжнім синтетичним організмом. Хоча геном синтезувався хімічно у багатьох ділянках, він був сконструйований так, щоб тісно відповідати батьківському геному і пересаджувався в цитоплазму природної клітини. ДНК сама по собі не може створити життєздатну клітину: білки та РНК необхідні для зчитування ДНК, а ліпідні мембрани - для компартменталізації ДНК та цитоплазми. У JCVI-syn1.0 два види, що використовуються як донор і реципієнт, належать до одного роду, зменшуючи потенційні проблеми невідповідності між білками в цитоплазмі хазяїна та новим геномом[a 17]. Пол Кейм (молекулярний генетик з Університету Північної Аризони у Флегстаффі) зазначив, що «попереду великі виклики, перш ніж генні інженери зможуть змішувати, поєднувати та повністю проєктувати геном організму з нуля»[b 4].

Водяні знаки[ред. | ред. код]

Прихований водяний знак на напівпровідниковій мікросхемі 1976 року, що виступає підписом його творців. Аналогічним чином Джон Крейг Вентер та його команда додали водяні знаки з використанням стоп-кодонів, щоб підписати їх створення.

Значно розрекламованою особливістю JCVI-syn1.0 є наявність послідовностей «водяних знаків». 4 водяні знаки (показано на Рисунку S1 у додатковому матеріалі статті[a 1]) — це закодовані повідомлення, записані в ДНК, довжиною 1246, 1081, 1109 та 1222 пар основ відповідно. Ці повідомлення не використовували стандартний генетичний код, в якому послідовності 3 основ ДНК кодують амінокислоти, а новий код, винайдений для цієї мети, який читачам було запропоновано розв'язати. Вміст «водяних знаків» такий:

  1. Водяний знак 1: HTML-скрипт, який читається в браузері як текст, що вітає декодера, та інструкції щодо того, як надіслати авторам електронний лист для підтвердження декодування.
  2. Водяний знак 2: список авторів та цитата Джеймса Джойса: «Жити, помилятися, падати, тріумфувати, відтворювати життя поза життям».
  3. Водяний знак 3: більше авторів та цитата Роберта Оппенгеймера (не вказаний): «Бачити речі не такими, як вони є, а такими, якими вони можуть бути».
  4. Водяний знак 4: більше авторів та цитата Річарда Фейнмана: «Те, що я не можу побудувати, я не можу зрозуміти».

JCVI-syn3.0[ред. | ред. код]

Функції генів в мінімальному геномі синтетичного організму, Syn 3[a 18].

У 2016 році Інститут Вентера використав гени з JCVI-syn1.0 для синтезу меншого геному, який вони називають JCVI-syn3.0, який містить 531560 пар основ і 473 гени[b 7]. У 1996 році, порівнявши M. genitalium з іншою невеликою бактерією Haemophilus influenza, Аркадій Мушегян та Євген Кунін припустили, що може існувати загальний набір з 256 генів, який може бути мінімальним набором генів, необхідним для життєздатності[b 8][a 19]. У цьому новому організмі кількість генів можна зменшити лише до 473, 149 з яких мають функції, які абсолютно невідомі[b 8]. У 2019 році була опублікована повна обчислювальна модель усіх шляхів у клітині Syn3.0, що представляє першу повну модель in silico для живого мінімального організму[a 20].

Проблеми та суперечки[ред. | ред. код]

Сприйняття[ред. | ред. код]

6 жовтня 2007 року Крейг Вентер заявив в інтерв'ю британській газеті The Guardian, що ця ж команда хімічно синтезувала модифіковану версію єдиної хромосоми Mycoplasma genitalium. Синтезований геном ще не був пересаджений в робочу клітину. Наступного дня канадська група з біоетики, ETC Group опублікувала заяву через свого представника, Пата Муні, сказавши, що «творіння» Вентера  — це «шасі, на якому можна побудувати майже все. Це може бути внеском у людство, таким як нові ліки або величезна загроза людству, така як біозброя». Вентер прокоментував: «Ми маємо справу з великими ідеями. Ми намагаємось створити нову систему цінностей для життя. Коли маєте справу в такому масштабі, ви не можете очікувати, що всі будуть щасливі»[b 9].

21 травня 2010 року Science повідомив, що група Вентера успішно синтезувала геном бактерії Mycoplasma mycoides з комп'ютерних записів і пересадила синтезований геном в наявну клітину бактерії Mycoplasma capricolum, в якої видалили ДНК. «Синтетична» бактерія була життєздатною, тобто здатною до розмноження[b 1]. Вентер описав його як «перший вид .... що мав батьків комп’ютерів»[b 10].

Створення нової синтетичної бактерії JCVI-3.0 було оголошено в Science 25 березня 2016 року. Вона має тільки 473 гени. Вентер назвав її «першим дизайнерським організмом в історії» й стверджував, що той факт, що 149 необхідних генів мають невідомі функції, означає, що «у всій галузі біології не вистачає третини того, що має важливе значення для життя»[a 21].

Висвітлення в пресі[ред. | ред. код]

Проєкт отримав значне висвітлення у пресі завдяки видовищності Вентера до тієї міри, що Джей Кіслінг, синтетичний біолог-новатор і засновник Amyris сказав, що «Єдиний регламент, який нам потрібен, — це вуста мого колеги»[b 11].

Корисність[ред. | ред. код]

Вентер стверджував, що синтетичні бактерії — це крок до створення організмів для виробництва водню та біопалива, а також для поглинання вуглекислого газу та інших парникових газів. Джордж Макдональд Черч, інший піонер у синтетичній біології, висловив протилежну думку про те, що створення повністю синтетичного геному не є необхідним, оскільки E. coli росте ефективніше, ніж M. genitalium, навіть з усією додатковою ДНК; він прокоментував, що синтетичні гени були включені в E.coli для виконання деяких із зазначених вище завдань[b 12].

Інтелектуальна власність[ред. | ред. код]

Інститут Дж. Крейга Вентера подав заявку на патенти на геном Mycoplasma laboratorium («мінімальний бактеріальний геном») у США та на міжнародному рівні у 2006 році[b 13][b 14][a 22]. Група ETC, канадська група з біоетики, протестувала на тій підставі, що патент був занадто широким за обсягом[b 15].

Подібні проєкти[ред. | ред. код]

З 2002 по 2010 рік команда Угорської академії наук створювала штам кишкової палички під назвою MDS42, який зараз продається Scarab Genomics of Madison, WI під назвою «Clean Genome. E.coli»[b 16], в якому 15% геному батьківського штаму (E. coli K-12 MG1655) було видалено задля підвищення ефективності молекулярно-біологічних досліджень. Видалення IS-елементів, псевдогенів і фагів призводить до кращого збереження кодованих плазмідами токсичних генів, які часто інактивуються транспозонами[a 23][a 24][a 25]. Біохімічні властивості та реплікаційна машинерія не зазнали змін.

Див. також[ред. | ред. код]

Посилання[ред. | ред. код]

Першоджерела[ред. | ред. код]

  1. а б в г д Gibson, D. G.; Glass, J. I.; Lartigue, C.; Noskov, V. N.; Chuang, R.-Y.; Algire, M. A.; Benders, G. A.; Montague, M. G.; Ma, L.; Moodie, M. M.; Merryman, C.; Vashee, S.; Krishnakumar, R.; Assad-Garcia, N.; Andrews-Pfannkoch, C.; Denisova, E. A.; Young, L.; Qi, Z.-Q.; Segall-Shapiro, T. H.; Calvey, C. H.; Parmar, P. P.; Hutchison, C. A.; Smith, H. O.; Venter, J. C. (20 May 2010). Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome. Science 329 (5987): 52–56. Bibcode:2010Sci...329...52G. PMID 20488990. doi:10.1126/science.1190719. 
  2. а б Reich, KA (June 2000). The search for essential genes.. Research in Microbiology 151 (5): 319–24. PMID 10919511. doi:10.1016/S0923-2508(00)00153-4. 
  3. а б в Glass, John I.; Nacyra Assad-Garcia; Nina Alperovich; Shibu Yooseph; Matthew R. Lewis; Mahir Maruf; Clyde A. Hutchison; Hamilton O. Smith та ін. (2006-01-10). Essential genes of a minimal bacterium. Proceedings of the National Academy of Sciences 103 (2): 425–430. Bibcode:2006PNAS..103..425G. PMC 1324956. PMID 16407165. doi:10.1073/pnas.0510013103. 
  4. Gibson, D. G.; Benders, G. A.; Andrews-Pfannkoch, C.; Denisova, E. A.; Baden-Tillson, H.; Zaveri, J.; Stockwell, T. B.; Brownley, A. та ін. (2008-02-29). Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome. Science (en) 319 (5867): 1215–1220. Bibcode:2008Sci...319.1215G. ISSN 0036-8075. PMID 18218864. doi:10.1126/science.1151721. 
  5. Hutchison CA, Montague MG (2002). Mycoplasmas and the minimal genome concept. Molecular Biology and Pathogenicity of Mycoplasmas (Razin S, Herrmann R, eds.). New York: Kluwer Academic/Plenum. с. 221–54. ISBN 978-0-306-47287-9. 
  6. Young L, Sung J, Stacey G, Masters JR. "Detection of Mycoplasma in cell cultures". Nat Protoc. 2010 5(5): 929–34. Epub 2010 Apr 22.
  7. Fraser CM, Gocayne JD, White O, etal (October 1995). The minimal gene complement of Mycoplasma genitalium. Science 270 (5235): 397–403. Bibcode:1995Sci...270..397F. PMID 7569993. doi:10.1126/science.270.5235.397. 
  8. Morris RM, etal (2002). SAR11 clade dominates ocean surface bacterioplankton communities. Nature 420 (6917): 806–10. Bibcode:2002Natur.420..806M. PMID 12490947. doi:10.1038/nature01240. 
  9. Stephen J. Giovannoni; H. James Tripp та ін. (2005). Genome Streamlining in a Cosmopolitan Oceanic Bacterium. Science 309 (5738): 1242–1245. Bibcode:2005Sci...309.1242G. PMID 16109880. doi:10.1126/science.1114057. 
  10. Rappé MS, Connon SA, Vergin KL, Giovannoni SL (2002). Cultivation of the ubiquitous SAR11 marine bacterioplankton clade. Nature 418 (6898): 630–33. Bibcode:2002Natur.418..630R. PMID 12167859. doi:10.1038/nature00917. 
  11. Tripp HJ, Kitner JB, Schwalbach MS, Dacey JW, Wilhelm LJ, Giovannoni SJ (Apr 10, 2008). SAR11 marine bacteria require exogenous reduced sulphur for growth. Nature 452 (7188): 741–4. Bibcode:2008Natur.452..741T. PMID 18337719. doi:10.1038/nature06776. 
  12. Nakabachi, A.; Yamashita, A.; Toh, H.; Ishikawa, H.; Dunbar, H. E.; Moran, N. A.; Hattori, M. (2006). The 160-Kilobase Genome of the Bacterial Endosymbiont Carsonella. Science 314 (5797): 267. PMID 17038615. doi:10.1126/science.1134196. 
  13. McCutcheon, J. P.; McDonald, B. R.; Moran, N. A. (2009). Convergent evolution of metabolic roles in bacterial co-symbionts of insects. Proceedings of the National Academy of Sciences 106 (36): 15394–15399. Bibcode:2009PNAS..10615394M. PMC 2741262. PMID 19706397. doi:10.1073/pnas.0906424106. 
  14. Nancy A. Moran and Gordon M. Bennett (2014). The Tiniest Tiny Genomes. Annual Review of Microbiology 68: 195–215. PMID 24995872. doi:10.1146/annurev-micro-091213-112901. 
  15. Lartigue C, Glass JI, Alperovich N, Pieper R, Parmar PP, Hutchison CA 3rd, Smith HO, Venter JC (Aug 3, 2007). Genome transplantation in bacteria: changing one species to another. Science 317 (5838): 632–8. Bibcode:2007Sci...317..632L. PMID 17600181. doi:10.1126/science.1144622. 
  16. а б Gibson, B; Clyde A. Hutchison; Cynthia Pfannkoch; J. Craig Venter (2008-01-24). Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome. Science 319 (5867): 1215–20. Bibcode:2008Sci...319.1215G. PMID 18218864. doi:10.1126/science.1151721. 
  17. Povolotskaya, IS; Kondrashov, FA (Jun 2010). Sequence space and the ongoing expansion of the protein universe. Nature 465 (7300): 922–6. Bibcode:2010Natur.465..922P. PMID 20485343. doi:10.1038/nature09105. 
  18. Hutchison, Clyde A.; Chuang, Ray-Yuan; Noskov, Vladimir N.; Assad-Garcia, Nacyra; Deerinck, Thomas J.; Ellisman, Mark H.; Gill, John; Kannan, Krishna та ін. (2016-03-25). Design and synthesis of a minimal bacterial genome. Science (en) 351 (6280): aad6253. Bibcode:2016Sci...351.....H. ISSN 0036-8075. PMID 27013737. doi:10.1126/science.aad6253. 
  19. Arcady R. Mushegian and Eugene V. Koonin (September 1996). A minimal gene set for cellular life derived by comparison of complete bacterial genomes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93 (19): 10268–10273. Bibcode:1996PNAS...9310268M. PMC 38373. PMID 8816789. doi:10.1073/pnas.93.19.10268. 
  20. Breuer, Marian; Earnest, Tyler M.; Merryman, Chuck; Wise, Kim S.; Sun, Lijie; Lynott, Michaela R.; Hutchison, Clyde A.; Smith, Hamilton O.; Lapek, John D.; Gonzalez, David J.; De Crécy-Lagard, Valérie; Haas, Drago; Hanson, Andrew D.; Labhsetwar, Piyush; Glass, John I.; Luthey-Schulten, Zaida (2019). Essential metabolism for a minimal cell. eLife 8. PMC 6609329. PMID 30657448. doi:10.7554/eLife.36842. 
  21. Herper, Matthew. After 20 Year Quest, Biologists Create Synthetic Bacteria With No Extra Genes. Forbes (en). Процитовано 2019-07-02. 
  22. US Patent Application: 20070122826
  23. Umenhoffer K, Fehér T, Balikó G, Ayaydin F, Pósfai J, Blattner FR, Pósfai G (2010). Reduced evolvability of Escherichia coli MDS42, an IS-less cellular chassis for molecular and synthetic biology applications. Microbial Cell Factories 9: 38. PMC 2891674. PMID 20492662. doi:10.1186/1475-2859-9-38. 
  24. Pósfai G, Plunkett G 3rd, Fehér T, Frisch D, Keil GM, Umenhoffer K, Kolisnychenko V, Stahl B, Sharma SS, de Arruda M, Burland V, Harcum SW, Blattner FR (2006). Emergent properties of reduced-genome Escherichia coli. Science 312 (5776): 1044–6. Bibcode:2006Sci...312.1044P. PMID 16645050. doi:10.1126/science.1126439. 
  25. Kolisnychenko V, Plunkett G 3rd, Herring CD, Fehér T, Pósfai J, Blattner FR, Pósfai G (April 2002). Engineering a reduced Escherichia coli genome. Genome Res 12 (4): 640–7. PMC 187512. PMID 11932248. doi:10.1101/gr.217202. 

Популярна преса[ред. | ред. код]

  1. а б Roberta Kwok (2010). Genomics: DNA's master craftsmen. Nature 468 (7320): 22–5. Bibcode:2010Natur.468...22K. PMID 21048740. doi:10.1038/468022a. 
  2. а б в Callaway, Ewen (2016). 'Minimal' cell raises stakes in race to harness synthetic life. Nature (en) 531 (7596): 557–558. Bibcode:2016Natur.531..557C. ISSN 0028-0836. PMID 27029256. doi:10.1038/531557a. 
  3. Ball, Philip (2008-01-24). Genome stitched together by hand. Nature (en). ISSN 0028-0836. doi:10.1038/news.2008.522. 
  4. а б в г Pennisi E (May 2010). Genomics. Synthetic genome brings new life to bacterium. Science 328 (5981): 958–9. PMID 20488994. doi:10.1126/science.328.5981.958. 
  5. Katsnelson, Alla (2010-05-20). Researchers start up cell with synthetic genome. Nature (en). ISSN 0028-0836. doi:10.1038/news.2010.253. 
  6. Zimmer, Carl (2013-08-23). And the Genomes Keep Shrinking.... National Geographic. 
  7. First Minimal Synthetic Bacterial Cell. Astrobiology Web. March 24, 2016.
  8. а б Yong, Ed (March 24, 2016). The Mysterious Thing About a Marvelous New Synthetic Cell. 
  9. Pilkington, Ed (6 Oct 2009). I am creating artificial life, declares US gene pioneer. London: The Guardian. Процитовано 23 Nov 2012. 
  10. How scientists made 'artificial life'. BBC News. 2010-05-20. Процитовано 2010-05-21. 
  11. Andrew Pollack, His Corporate Strategy: The Scientific Method, NYTimes, September 4, 2010
  12. Longest Piece of Synthetic DNA Yet, Scientific American News, 24 January 2008
  13. "Artificial life: Patent pending", The Economist, June 14, 2007. Retrieved October 7, 2007.
  14. Roger Highfield, "Man-made microbe 'to create endless biofuel'", Telegraph, June 8, 2007. Retrieved October 7, 2007.
  15. Ianculovici, Elena (2008-01-15). The Emerging Field of Synthetic Biology: "Syn" or Salvation?. Science in the News (en-US). Процитовано 2019-07-03. 
  16. Scarab Genomics LLC. Company web site. 

Джерела[ред. | ред. код]