살아있는 유기체의 유전자를 조작하는 우리의 능력은 최근 몇 년 동안 극적으로 확장되었습니다. 이제 연구자들은 합성 DNA가 50% 이상인 효모 균주를 공개한 후 처음부터 게놈을 구축하는 데 한 걸음 더 가까워졌습니다.
2006년부터 합성 효모 게놈 프로젝트(Synthetic Yeast Genome Project)라는 국제 연구자 컨소시엄이 맥주 효모의 전체 게놈을 다시 쓰려고 시도하고 있습니다. 이 유기체는 우리와 같은 진핵생물이기 때문에 매력적인 표적이며, 바이오연료, 의약품 및 기타 고부가가치 화학물질을 생산하기 위해 생명공학 산업에서도 널리 사용됩니다.
연구자들은 이전에 바이러스와 박테리아의 게놈을 다시 작성했지만 효모의 DNA는 16개의 염색체에 걸쳐 분할되어 있기 때문에 더욱 어렵습니다. 진행 속도를 높이기 위해 관련된 연구 그룹은 서로 다른 염색체를 결합하기 전에 서로 다른 염색체를 다시 쓰는 데 중점을 두었습니다.
이제 팀은 16개 염색체 모두의 새로운 버전을 성공적으로 합성하고 완전히 새로운 염색체를 만들었습니다. 일련의 논문에서 세포 및 세포 유전체학, 팀은 또한 단일 세포에서 이러한 합성 염색체 50개와 다른 염색체 단편의 성공적인 조합을 보고합니다. 전체적으로 이들은 세포 DNA의 XNUMX% 이상을 차지합니다.
“우리의 동기는 합성 게놈을 구축하여 게놈 기본 원리의 첫 번째 원리를 이해하는 것입니다.” 공동 저자인 맨체스터 대학의 패트릭 이지 카이(Patrick Yizhi Cai)가 말했습니다. 릴리스를 누르십시오. "팀은 이제 신진 효모의 운영 체제를 다시 작성하여 공학 생물학의 새로운 시대를 열었습니다. 이는 소수의 유전자를 조작하는 것에서 전체 게놈의 새로운 설계 및 구성으로 이동하는 것입니다."
합성 염색체는 일반 효모의 염색체와 현저하게 다릅니다. 연구진은 반복적이고 특정 단백질을 암호화하지 않는 상당량의 "정크 DNA"를 제거했습니다. 특히, 그들은 게놈의 안정성을 향상시키기 위해 자연적으로 예측할 수 없는 방식으로 재결합할 수 있는 트랜스포존(transposon)으로 알려진 DNA의 일부분을 절단했습니다.
그들은 또한 전달 RNA를 코딩하는 모든 유전자를 완전히 새로운 17번째 게놈으로 분리했습니다. 이 분자는 아미노산을 세포의 단백질 공장인 리보솜으로 운반합니다. 카이 이야기 과학 tRNA 분자는 "DNA 손상 핫스팟"입니다. 이 그룹은 이들을 분리하여 소위 "tRNA 신염색체"에 수용함으로써 통제가 더 쉬워지기를 바라고 있습니다.
“tRNA 신염색체는 세계 최초의 완전히 새로운 합성 염색체입니다.”라고 Cai는 말합니다. “자연에는 이런 것이 존재하지 않습니다.”
또 다른 중요한 변화는 유용한 새로운 효모 종을 찾는 노력을 가속화할 수 있습니다. 연구팀은 SCRaMbLE라는 시스템을 게놈에 통합해 염색체 내 유전자를 빠르게 재배열하는 것이 가능해졌다. 이 "유도성 진화 시스템"을 통해 세포는 잠재적으로 흥미로운 새로운 게놈을 빠르게 순환할 수 있습니다.
뉴욕대학교 Langone Health의 공동 저자인 Jef Boeke는 “이것은 카드 한 벌을 섞는 것과 같습니다.”라고 말합니다. 이야기 새로운 과학자. "스크램블 시스템은 본질적으로 초고속의 진화이지만 스위치를 켜고 끌 수 있습니다."
여러 개의 변형된 염색체를 동일한 효모 세포에 넣기 위해 Boeke 팀은 다양한 조합의 게놈과 세포를 짝짓는 긴 교배 프로그램을 실행했습니다. 각 단계마다 있었어요 광범위한 "디버깅" 프로세스, 합성 염색체가 예측할 수 없는 방식으로 상호 작용하기 때문입니다.
이 접근법을 사용하여 팀은 50개의 완전한 염색체와 다른 염색체의 일부를 생존하고 성장하는 세포에 통합했습니다. 그런 다음 그들은 기증자 세포에서 가장 큰 효모 염색체를 전달하기 위해 염색체 대체라는 방법을 개발하여 전체를 XNUMX로 늘리고 합성 DNA의 전체 양을 XNUMX% 이상으로 늘렸습니다.
17개의 합성 염색체를 모두 단일 세포로 만들려면 상당한 추가 작업이 필요하지만 중간 지점을 넘는 것은 상당한 성과입니다. 그리고 연구팀이 완전히 합성된 게놈을 갖춘 효모를 만들 수 있다면 생명 코드를 조작하는 능력이 한 단계 변화할 것입니다.
“나는 이것을 끝의 시작이 아니라 시작의 끝이라고 부르고 싶습니다. 왜냐하면 그때가 우리가 실제로 그 덱을 섞고 이전에 본 적이 없는 일을 할 수 있는 효모를 생산하기 시작할 수 있기 때문입니다. "Boeke는 보도 자료에서 이렇게 말합니다.
이미지 제공: 부분 합성 효모의 주사 전자 현미경 사진 / Cell/Zhao et al.
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- 출처: https://singularityhub.com/2023/11/10/biologists-unveil-the-first-living-yeast-cells-with-over-50-synthetic-dna/
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