Naučnici su stvorili soj pivskog kvasca (Saccharomyces cerevisiae) čiji je genom više nego napola sintetički. Sedam i po hromosoma sintetizirano je i spojeno u laboratoriji. Kako bi bili sigurni da je genom stabilan, biolozi su uklonili ponavljajuće regije DNK i odvojili sve gene za prenos RNK u jednom ‘neohromosomu’. To je prekretnica za konzorcij Sc2.0, čiji je cilj stvoriti kvasac s potpuno sintetskim genomom.

Ovo je ujedno i prvi eukariotski organizam sa djelimično sintetskim genomom. Eukarioti su organizmi s genetičkim materijalom organizovanim u jedro, a tu spadaju ljudi, životinje, biljke gljive (dakle sve osim bakterija archea i virusa koje, doduše, ne smatramo živim organizmima u pravom smislu).

Podvig je prekretnica za internacionalnu grupu laboratorija, nazvanu konzorcij Sc2.0, koja već 15 godina pokušava stvoriti soj kvasca s potpuno sintetičkim genomom. Oni su objavili grupu povezanih radova objavljenih novembru 2023. u Cell (1, 2) i Cell Genomics (3) koji opisuje postignuća tima, kako su napravili novi soj.

“Naša je motivacija razumjeti prve principe osnova genoma izgradnjom sintetičkih genoma,” kaže koautor i sintetički biolog Patrick Yizhi Cai sa Univerziteta u Manchesteru, u prelease objavljenom na EurekaAlert! “Tim je sada ponovno napisao operativni sistem kvasca, što otvara novu eru inženjerske biologije”

Kako bi povećali stabilnost genoma, tim je također uklonio mnoge gene koji kodiraju transfer RNK (tRNA) i premjestio ih na potpuno novi “neohromosom” koji se sastoji samo od gena tRNA. tRNA neohromosom je prvi potpuno de novo sintetski hromosom na svijetu,

Budući da je genom kvasca organiziran u 16 hromosoma, istraživači su započeli sa sastavljanjem svakog hromosoma neovisno kako bi stvorili šesnaest djelomično sintetičkih sojeva kvasca od kojih je svaki sadržavao 15 prirodnih hromosoma i jedan sintetski hromosom. Sljedeći izazov bio je započeti kombinovati te sintetičke hromosome u jednu ćeliju kvasca.

Kako bi to učinio, Boekeov tim počeo je koristiti metodu koja podsjeća na Mendelov grašak: istraživači su ukrštali različite djelomično sintetičke sojeve kvasca, a zatim među njihovim potomcima tražili jedinke koje nose oba sintetička hromosoma. Ova je metoda vrlo spora, ali tim je postupno konsolidirao sve prethodno sintetizirane hromosome – šest punih hromosoma i jedan krak hromosoma – u jednu ćeliju. Rezultirajući soj kvasca bio je više od 31% sintetski, imao je normalnu morfologiju i pokazao je samo male nedostatke u rastu u usporedbi s divljim tipom kvasca. Ovo je kao neka hromosomska jigsaw puzzle.

Za efikasniji prenos specifičnih hromosoma između sojeva kvasca, istraživači su razvili novu metodu nazvanu supstitucija hromosoma. Kao dokaz koncepta, upotrijebili su zamjenu hromosoma za prenos novosintetiziranog hromosoma što je rezultiralo nastankom ćelije kvasca sa 7.5 sintetskih hromosoma koja je više od 50% sintetička.

Reference:

  1. Zhao, Y. et al. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.09.025 (2023).

  2. Schindler, D. et al. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.10.015 (2023).

  3. Taghon, G. J. & Strychalski, E. A. Cell Genom. https://doi.org/10.1016/j.xgen.2023.100438 (2023).
    ​