synthetic genomeนักวิทยาศาสตร์เพิ่งสร้างโครโมโซมสังเคราะห์ห้าโครโมโซมในยีสต์ซึ่งเป็นขั้นตอนสู่จีโนมของยีสต์สังเคราะห์อย่างสมบูรณ์ (เครดิตภาพ: คริส บิคเคล/วิทยาศาสตร์ 2017)
โลกอยู่ใกล้สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์ใหม่ไปอีกขั้นหนึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้สร้างโครโมโซมยีสต์สังเคราะห์ห้าโครโมโซมและวางไว้ในเซลล์ยีสต์ โครโมโซมประกอบด้วยตัวอักษรปกติหรือคู่ฐานที่ประกอบขึ้นเป็น
DNA แต่ลําดับนั้นแตกต่างจากที่พบในยีสต์เล็กน้อย
โครโมโซมใหม่สามารถช่วยตอบคําถามทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐานเช่นจุดประสงค์ของบางส่วนของ DNA ที่ไม่ได้เขียนโค้ดสําหรับยีนคืออะไร พวกเขายังอาจเป็นประโยชน์สําหรับการผลิตยาเช่นแอนติบอดีมะเร็งในปริมาณมาก Joel Bader ผู้เขียนร่วมการศึกษากล่าวว่าศาสตราจารย์ด้านชีวสารสนเทศศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Johns Hopkins ในบัลติมอร์กล่าว ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวันนี้ (9 มีนาคม) ในวารสารวิทยาศาสตร์ในเจ็ดบทความแยกต่างหาก [คลี่คลายจีโนมมนุษย์: 6 เหตุการณ์สําคัญระดับโมเลกุล]
การสร้างจีโนมในปี 2010 นักวิทยาศาสตร์ประสบความสําเร็จในการสร้างสิ่งมีชีวิตตัวแรกที่มีจีโนมสังเคราะห์อย่างสมบูรณ์ซึ่งเป็นแบคทีเรียที่เรียกว่า Mycoplasma mycoides ห้องปฏิบัติการอื่น ๆ ได้ปรับแต่งยีนที่จําเป็นสําหรับชีวิตสร้างแบคทีเรียที่มีจีโนมสังเคราะห์ที่มียีนน้อยที่สุดที่จําเป็นสําหรับชีวิต ในปี 2014 นักวิจัยได้สังเคราะห์โครโมโซมยีสต์เทียมโครโมโซมตัวแรก [อินโฟกราฟิก: วิธีที่นักวิทยาศาสตร์สร้างรูปแบบชีวิตกึ่งประดิษฐ์]
ความพยายามใหม่นี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการขนาดใหญ่ที่เรียกว่า Synthetic Yeast Genome Project (Sc2.0) ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อแทนที่โครโมโซมยีสต์ทั้ง 16 ตัวด้วยรุ่นสังเคราะห์ เมื่อรุ่นสังเคราะห์เหล่านั้นถูกสลับกับรุ่นธรรมชาติ, พวกเขาสามารถแก้ไขได้เพื่อให้ยีสต์ที่เกิดขึ้นผลิตสารเคมีอุตสาหกรรม, ยาปฏิชีวนะหรือแม้กระทั่งเนื้อปลอมอร่อย, Bader กล่าวว่า.
ในการสร้างจีโนมสังเคราะห์ทีมได้ดูไฟล์คอมพิวเตอร์ที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดจากยีสต์ของเบเกอร์ธรรมชาติเป็นครั้งแรก จากนั้นพวกเขาดูจีโนมของนักออกแบบที่พวกเขาหวังว่าจะทําซ้ําและทําการเปลี่ยนแปลงจีโนมอ้างอิงในไฟล์คอมพิวเตอร์ จากนั้นไฟล์จะถูกสับเป็นลําดับเล็ก ๆ ที่สอดคล้องกับสิ่งที่สามารถทําได้ในห้องปฏิบัติการ
จากนั้นทีมได้สังเคราะห์คู่ฐานแต่ละคู่หรือตัวอักษรของ DNA ในจานจากนั้นใช้เทมเพลตเพื่อรวบรวมชิ้นส่วนเล็ก ๆ ของ DNA ซึ่งถูกรวมเข้าด้วยกัน ชิ้นส่วนที่ใหญ่กว่าเล็กน้อยเหล่านี้ถูกวางไว้ในยีสต์ เซลล์ยีสต์ใช้วิธีการที่เรียกว่าการรวมตัวใหม่ที่คล้ายคลึงกันเพื่อซ่อมแซม DNA ที่เสียหาย และทีมใช้ประโยชน์จากความสามารถนี้ในการให้เซลล์สลับรหัสพันธุกรรมที่แท้จริงและแทนที่ด้วยตัวอย่างดีเอ็นเอสังเคราะห์ ด้วยการทํากระบวนการนี้ซ้ําแล้วซ้ําอีกในที่สุดทีมก็แทนที่โครโมโซมยีสต์ห้าตัวด้วยสําเนาสังเคราะห์ Bader กล่าว
”หนึ่งในสิ่งที่น่าทึ่งคือเราแค่ใส่ดีเอ็นเอลงในเซลล์ และเซลล์ยีสต์กําลังจัดระเบียบมันในโครโมโซม” Bader บอกกับ Live Science
สิ่งนี้ทําให้กระบวนการสร้างโครโมโซมสังเคราะห์ง่ายขึ้นอย่างมากเนื่องจากโครโมโซมประกอบด้วย
DNA พันรอบหลอดเล็ก ๆ ที่เรียกว่าฮิสโตนซึ่งได้รับการแก้ไขโดยสารเคมีแยกต่างหาก เนื่องจากเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขาดการรวมตัวที่คล้ายคลึงกันจึงน่าจะเป็นเรื่องยากที่จะประกอบโครโมโซมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม Bader กล่าว
จีโนมสังเคราะห์มีความคล้ายคลึงกับจีโนมธรรมชาติมาก แต่นักวิจัยได้ลบยีนบางตัวที่พวกเขาสงสัยว่าไม่จําเป็นออก พวกเขายังลบหนึ่งในลําดับตัวอักษรสามตัวที่บอกให้เซลล์หยุดอ่านตัวอย่างดีเอ็นเอและแปลเป็นโปรตีนที่เรียกว่าสต็อปโคดอน เป้าหมายคือการนําโคดอนหยุดนี้กลับมาใช้ใหม่ในที่สุดเพื่อสร้างกรดอะมิโนรูปแบบใหม่อย่างสมบูรณ์ Bader กล่าว
เป้าหมายระยะยาว
ทีมหวังว่าการสร้างยีสต์สังเคราะห์อย่างสมบูรณ์จะทําให้พวกเขาสามารถตอบคําถามพื้นฐานเกี่ยวกับบทบาทของ DNA ได้ ตัวอย่างเช่น, มักจะมีลําดับซ้ํา ๆ ของดีเอ็นเอที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อว่าเป็นเศษที่เหลือจากการติดเชื้อไวรัสในอดีตของยีสต์. ด้วยการลบชิ้นส่วนเหล่านี้นักวิจัยสามารถทดสอบแนวคิดเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นักวิทยาศาสตร์ยังสามารถสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนเช่นโปรตีนแอนติบอดีปลายน้ําตาลที่ใช้ในการรักษามะเร็งที่ใหม่กว่าซึ่งโดยปกติจะต้องทําในการเพาะเลี้ยงเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีราคาแพงในขณะที่งานใหม่ใช้เทคนิคการประกอบยีนเช่นเดียวกับโครงการปี 2014 การพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ใหม่ทําให้กลุ่มใหญ่สามารถทํางานร่วมกันในโครงการได้
