Найменший геном для живих істот

Від величезного синього кита до мікроскопічної бактерії — модель усіх живих істот закодована в їхньому геномі послідовністю чотирьох пар основ. Нещодавно науковці синтезували найменший геном, що уможливлює життя, — 531 000 пар основ, які утворюють 473 гени. Їх досить, щоб забезпечити обмін речовин і здатність до розмноження бактерії, проте функції, які виконує майже третина синтезованих генів, дослідникам не відомі. З допомогою бактерій, що мають мінімальний набір генів, науковці хочуть далі розшифровувати основи життя.

  Колонія синтетичних клітин JCVI-Syn 3.0. Фото Thomas Deerinck and Mark Ellisman / NCMIR / UCSD

 2010 року команда науковців на чолі з американським біохіміком Креґом Вентером (Craig Venter) здійснила сенсаційне дослідження: їм вдалося створити життєздатну бактерію з повністю штучним геномом. Науковці синтезували всі пари основ — одна за одною — у спадковому матеріалі бактерії Mycoplasma mycoides за допомогою генної інженерії. Потім вони вживили геном, створений у лабораторії, в клітини спорідненої бактерії — Mycoplasma capricolum (її власний геном напередодні усунули). Зрештою реципієнт повністю опанував новим життєвим «програмним забезпеченням»: клітини Mycoplasma capricolumперетворилися на штучні бактерії Mycoplasma mycoides. Їх назвали JCVI-syn1.0.

Нещодавно ті ж таки науковці задали собі й інше запитання: як сильно можна зменшити геном JCVI-syn1.0? Тобто яка спадковість є необхідною для того, щоб уможливити життя в його найпростішій формі? Адже, проаналізувавши генні послідовності всіх живих істот, стає очевидним, що чимало генів виконують завдання, неважливі для основних життєвих процесів.

 Синтезований геном Mycoplasma JCVI-syn1.0 вже є рекордно малим. Але тепер науковці змогли продемонструвати, що від нього можна відкинути ще чимало спадкового матеріалу.

 Щоб визначити, від яких генів можна відмовитися, дослідники вилучали гени один за одним і перевіряли, без яких спадковостей бактерія не може жити. Якщо якийсь ген виявлявся несуттєвим для виживання, дослідники усували його з геному.

 Внаслідок цього генетичного «схуднення» виник геном з 473 генами — приблизно половиною від тієї кількості, яку мав початковий спадковий матеріал. Це найменший геном, що уможливлює самостійне існування і «вдихнув життя» бактерії, названій JCVI-syn3.0.

 Організм з 473 генами відкриває для науки широкий дослідницький простір: незважаючи на те, що цей геном необхідний для життя, біологічні функції 31% його генів дотепер науковцям не відомі. Вони тільки встановили, що ці спадковості присутні також в інших живих істотах. Це могло би довести: зазначені пари основ виконують фундаментальні біологічні функції, так звані завдання першої потреби.

 Попри дослідження структури й еволюції JCVI-syn3.0, бактерія становить собою певну віху в молодій науці синтетичної біології. Мікроорганізми зі штучно складеним генетичним матеріалом можна використовувати в різний спосіб, зокрема в лабораторії можна продукувати багато бажаних речовин — від медикаментів до біопалива.

 Критики, однак, застерігають про можливі ризики, які приховує нова технологія. Наприклад, терористи можуть виготовити біоотруту або ж штучні організми поширюватимуться в середовищі.