ابتكر العلماء للتو أول شيء حي باستخدام حمض نووي اصطناعي بالكامل

استغرق البحث عامين وأسفر عن أكبر جينوم من صنع الإنسان على الإطلاق. لقد خلقوا حياة اصطناعية من بكتيريا الإشريكية القولونية ، والتي يمكن أن تساعد في تصنيع الأدوية.

الاصطناعية كولاي

مذكرةاستغرق فريق من العلماء عامين لتمشيط بكتريا قولونية الجينوم وتحريره لإنتاج هذا التنوع الاصطناعي.

في سابقة تاريخية ، ابتكر العلماء في جامعة كامبريدج أول كائن حي في العالم من حمض نووي اصطناعي بالكامل معاد تصميمه. وفق الحارس ، فقد أسسوا الكائن الحي الإشريكية القولونية ، المعروف أكثر باسم بكتريا قولونية .



تم نشر الدراسة أمس في طبيعة . اختار الباحثون استخدامها بكتريا قولونية كأساس بسبب قدرته على البقاء على قيد الحياة على مجموعة صغيرة من التعليمات الجينية. بدأ المشروع لمدة عامين بقراءة وإعادة تصميم الشفرة الجينية بالكامل لـ بكتريا قولونية ، قبل صنع نسخة تركيبية من جينومها المعدل.



يتم توضيح الشفرة الوراثية بالأحرف G و A و T و C. عند الطباعة بالكامل على ورق طابعة قياسي ، كان طول الجينوم الاصطناعي 970 صفحة. إنه الآن رسميًا أكبر جينوم بناه علماء الجينوم على الإطلاق.

قال جيسون تشين ، رئيس المشروع وأستاذ جامعة كامبريدج: 'لم يكن من الواضح تمامًا ما إذا كان من الممكن صنع جينوم بهذا الحجم وما إذا كان من الممكن تغييره كثيرًا'.



من أجل فهم وزن هذا الإنجاز بشكل كامل ، يجب إلقاء نظرة عامة على أساسيات علم الأحياء الحديث. لنلقي نظرة.

خلايا بيئية

CDC بكتريا قولونية يستخدم بشكل شائع في صناعة الأدوية الحيوية لصنع الأنسولين والعديد من الأدوية الأخرى.

متى تم وضع قوانين جيم كرو

تحتوي كل خلية على حمض نووي بداخلها ، والذي يحتوي على التعليمات التي تحتاجها تلك الخلية لتعمل. إذا احتاجت الخلية إلى مزيد من البروتين ، على سبيل المثال ، فإنها ببساطة تقرأ الحمض النووي الذي يشفر البروتين المطلوب. تتكون أحرف الحمض النووي من ثلاثيات تسمى الكودونات - TCA و CGT وما إلى ذلك.



هناك 64 كودونًا محتملاً ، من كل مجموعة مكونة من ثلاثة أحرف من G و A و T و C. العديد منها زائدة عن الحاجة ، وتقوم بنفس الوظيفة.

في أي عام أطلقت ألمانيا عملية بربروسا

في حين أن 61 كودونًا تصنع 20 حمضًا أمينيًا طبيعيًا ، والتي يمكن تجميعها في تسلسلات مختلفة لبناء أي بروتين في الطبيعة ، وتوجد الكودونات الثلاثة المتبقية لتكون بمثابة أضواء حمراء. إنهم يخبرون الخلية بشكل أساسي عند الانتهاء من بناء البروتين ، ويطلبون إيقاف الخلية.

ما أنجزه فريق كامبريدج هو إعادة تصميمها بكتريا قولونية جينوم عن طريق إزالة الكودونات الزائدة ، لمعرفة كيف يمكن للكائن الحي أن يصبح مبسطًا بينما لا يزال يعمل.



عجلة كودون للأحماض الأمينية الحمض النووي

بيكسابايتصور العجلة أعلاه الطرق التي تترجم بها أكواد الحمض النووي إلى أحماض أمينية. قام فريق كامبريدج بإزالة أي كودونات زائدة عن الحاجة من الطبيعي بكتريا قولونية بكتيريا.

أولاً ، قاموا بفحص الحمض النووي للبكتيريا على جهاز كمبيوتر. كلما رأوا كودون TCG - الذي يصنع حمض أميني يسمى سيرين - قاموا بتغييره إلى AGC ، والذي يقوم بنفس المهمة بالضبط. لقد استبدلوا اثنين من الكودونات الأخرى بنفس الطريقة ، مما قلل من التباين الجيني للبكتيريا.



أكثر من 18000 تعديل في وقت لاحق ، تم القضاء على كل مثيل من هذه الكودونات الثلاثة من الاصطناعية بكتريا قولونية الجينوم. ثم تمت إضافة هذا الرمز الجيني المعاد خلطه إلى بكتريا قولونية ، وبدأت في استبدال جينوم الأصل بالتحديث التركيبي.

في النهاية ، نجح الفريق في إنشاء ما أطلقوا عليه اسم Syn61 ، وهو ميكروب مصنوع من حمض نووي اصطناعي بالكامل ومعدل للغاية. في حين أن هذه البكتيريا أطول قليلاً من نظيرتها الطبيعية ، وتستغرق وقتًا أطول لتنمو ، إلا أنها تعيش - وهذا هو الهدف طوال الوقت.

اي كولاي في طبق بتري

منتظم بكتريا قولونية، في الصورة ، أقصر من تنوعها الاصطناعي الجديد.

كم عدد حواجز في 110 م حواجز

قال تشين: 'إنه لأمر مدهش حقًا'. وأوضح أن هذه البكتيريا المصممة يمكن أن تصبح مفيدة للغاية في أدوية المستقبل. نظرًا لأن حمضها النووي يختلف عن الكائنات الحية الطبيعية ، فإن الفيروسات ستواجه صعوبة في التوسع داخلها ، مما يجعلها مقاومة للفيروسات بشكل أساسي.

بكتريا قولونية يستخدم بالفعل بشكل شائع لصنع الأنسولين ومركبات مختلفة لمكافحة السرطان والتصلب المتعدد ودرء النوبات القلبية وأمراض العيون. يمكن لهذا المستوى من التعديل الجيني أن يمنع تلوث خطوط إنتاج تلك الأدوية.

في مجال الجينومات التركيبية ، قطع العلماء شوطًا طويلاً في وقت قصير جدًا. في عام 2010 ، أنشأ العلماء الأمريكيون أول كائن حي في العالم باستخدام جينوم اصطناعي. ميكوبلازما ميكويدات لديه جينوم أصغر بكثير من بكتريا قولونية ، ولم يتم إعادة تصميمه تمامًا مثل Syn61. بالإضافة إلى ذلك ، استغرق هذا المشروع 15 عامًا و 40 مليون دولار.

قال توم إليس ، باحث في البيولوجيا التركيبية في إمبريال: 'لقد نقلوا مجال الجينوميات الاصطناعية إلى مستوى جديد ، ولم يكتفوا ببناء أكبر جينوم اصطناعي على الإطلاق بنجاح فحسب ، بل قاموا أيضًا بإجراء معظم التغييرات في الترميز على الجينوم حتى الآن'. كلية لندن.

صُدم كلايد هاتشينسون ، الذي عمل في مشروع 2010 ، بعمل علماء كامبريدج.

وقال: 'هذا الحجم من استبدال الجينوم أكبر من أي استبدال كامل للجينوم تم الإبلاغ عنه حتى الآن'.


بعد التعرف على العلماء الذين ابتكروا أول كائن حي في العالم من الحمض النووي المعاد تصميمه بالكامل ، اقرأ عنه العلماء يحاولون إعادة نوع منقرض من أسد الكهف . ثم تعرف على المزيد المومياء المكتشفة تقلب معتقدات العلماء حول الجدري .