Sentetik DNA bilim kurgu gibi görünebilir ancak hızla gerçeğe dönüşüyor. Araştırmacılar, dünyanın ilk tamamen sentetik kromozomu da dahil olmak üzere, genomu yüzde 50’den fazlası sentetik malzemelerden oluşan bir maya hücresi yarattılar.
Bilim insanları daha önce sentetik bakteri ve virüs genomları yaratmıştı, ancak bir sonraki adım ökaryotik hücredir; tüm genomu zarla çevrili bir çekirdeğin içinde yer alan bir hücre. Maya doğal bir seçim olabilir çünkü fırıncı mayası (Saccharomyces cerevisiae) yalnızca 16 kromozom içeren kompakt bir genoma ve DNA’yı birleştirme konusunda doğuştan gelen bir yeteneğe sahiptir.
Ancak Maya Sentetik Genom Projesi’ne (Sc2.0) dahil olan araştırmacılar, mayaya bir “tasarımcı” genom sağlayarak DNA’yı sentezlemekten daha fazlasını yapmak istediler. Başyazar ve Sc2.0 direktörü Jeff Bouquet yaptığı açıklamada, “Doğanın tasarımından çok farklı bir şey yaratmanın önemli olduğuna karar verdik” dedi. “Genel hedefimiz bize yeni biyoloji öğretebilecek maya yaratmaktı.”
Sentetik bir genomun oluşturulması
Ekip ilk olarak genomdan sözde “çöp” DNA’yı çıkardı ve onu sentetik ve doğal genler arasında ayrım yapılmasına yardımcı olacak yeni DNA parçalarıyla değiştirdi. Daha sonra genlerin sırası değiştirildi. Kaldırılması gereken bir anahtar daha vardı: tRNA genleri.
Kodladıkları proteinler hücrelerde kritik roller oynasa da, tRNA genleri aynı zamanda maya genomunu dengesiz hale getirir. Devrim niteliğinde bir hareketle, araştırmacılar bunları çıkardı ve tamamen tRNA genini temel alan tamamen yeni bir “neokromozoma” taşıdı. Ortak yazar Patrick Yizhi Tsai, “tRNA neokromozomu dünyanın ilk tamamen sentetik de novo kromozomudur” dedi. “Doğada buna benzer bir şey yok.”
Neokromozomun yanı sıra araştırmacılar, her biri 15 doğal kromozom ve bir sentetik kromozom içeren 16 kısmen sentetik maya suşu oluşturmadan önce kromozomların her birini bağımsız olarak bir araya getirdi.
Parçaları bir araya getirin
Daha sonra işin zor kısmı geldi; tüm sentetik kromozomların tek bir maya hücresinde birleştirilmesi. Bu, klasik bir genetik tekniğin (melezleme) ve tamamen yeni bazı yöntemlerin birleşimiydi. Geçiş yavaştı ve ortaya çıkan mayanın genomunun yüzde 30’dan fazlası sentetik olmasına rağmen araştırmacılar daha fazlasını istedi.
Genetik kusurları düzeltmek için kromozom değiştirme adı verilen yeni bir teknik ve CRISPR/Cas9 gibi bir teknik kullanarak, yüzde 50’den fazla sentetik DNA içeren tek bir maya hücresi ürettiler. Genomunu değiştirmek, mayanın büyümesine veya anormal görünmesine neden olabilirdi, ancak dikkatli üretim sayesinde hayatta kaldı ve hatta tıpkı yabani maya gibi çoğaldı.
Tsai, “Ekip, tomurcuklanan mayanın işletim sistemini yeniden yazarak, bir avuç genle çalışmaktan yeni tasarıma ve tüm genomları oluşturmaya kadar mühendislik biyolojisinde yeni bir çağ başlattı” dedi.
Sonraki adım
Maya uzun zamandır yiyecek ve içecek endüstrisinde temel bir malzeme olmuştur – bu yüzden iyi ekmeğimiz ve biramız var ve herkes “Teşekkürler maya” diyor – ve bilimde, kimyasal üretimde ve örnek bir organizma olarak. Önde gelen bilim adamlarından Ben Blount’un bir beyanında açıkladığı gibi, sentetik DNA ile bu alanlarda birçok ilerleme kaydedebiliriz.
“Sentetik kromozomlar başlı başına büyük bir teknik başarıdır, ancak aynı zamanda biyolojinin incelenmesi ve uygulanması için birçok yeni olasılığın da önünü açarlar.” Bu yeni keşiflerin kapısını aralamak için yeterli.
Bir sonraki adım, 16 sentetik kromozomun tamamını bir maya hücresine yerleştirmektir. Bu kolay bir iş değil ama araştırmacılar umutlu. Bouquet, “16 kromozomun tamamının tek bir hücrede olması bitiş çizgisine hâlâ çok uzağız” dedi.
“Ben buna sonun başlangıcı yerine başlangıcın sonu demeyi seviyorum çünkü o zaman desteyi gerçekten yeniden karıştırabilir ve daha önce hiç görmediğimiz şeyleri yapabilen maya üretebiliriz. “
Bu yazı Cell adresinden derlenmiştir.