Сотрудники Института Крейга Вентера (США) синтезировали полный митохондриальный геном мыши c использованием нового относительно простого метода синтеза.

Возьмите восемь небольших участков ДНК по 60 нуклеотидов каждый. Смешайте их с набором ферментов и поддерживайте температуру смеси равной 50°C на протяжении часа. Повторяйте процедуру, пока длина молекулы ДНК не достигнет необходимого размера. Геном митохондрии мыши готов.

К такому незамысловатому, на первый взгляд, рецепту синтеза крупных молекул ДНК из более мелких пришли американские исследователи. Этот метод позволил им синтезировать в искусственных условиях геном митохондрии (часть клетки, отвечающая за снабжение ее энергией, которая предположительно изначально была отдельным симбиотическим организмом) мыши всего за пять дней, что стало рекордно быстрым сроком для такой операции.

В июле этого года, группа американских ученых из нескольких университетов объявила о создании ими полного генома бактерии на основе небольших цепочек ДНК. Этот синтетический геном они использовали для «перезагрузки» живой клетки, заменив ее молекулу ДНК на синтезированную. Новое исследование, опубликованное в Nature Methods, основано на похожей идее синтеза генома из небольших сегментов ДНК. Отличие состоит в том, что в первом случае для объединения сегментов ДНК в одну молекулу ученые использовали живую дрожжевую клетку, которая и соединила их вместе, используя для этого свои внутренние механизмы. А новый метод позволяет производить синтез «в пробирке» – без использования живых организмов, что и быстрее и практичнее.

На первом этапе нового эксперимента использовались гораздо более короткие отрезки длиной в 60 нуклеотидов, объединяя которые генетики получили 75 фрагментов размером в 284 пары оснований. Эти кусочки исследователи поместили в клетки бактерий Escherichia coli и разработали автоматизированную методику секвенирования, выделявшую те получаемые «клоны», которые соответствовали последовательности митохондриального генома.

В нашем опыте ошибки отфильтровывали E. coli», — комментирует руководитель группы Дэниел Гибсон (Daniel Gibson).

Точные копии постепенно объединялись друг с другом с образованием всё более крупных фрагментов, и всего через несколько дней учёные синтезировали полный геном мыши размером в 16 300 пар оснований.

Рис. 1. Неутомимый генетик и бизнесмен Крейг Вентер (фото Diego Cantalapiedra).

Основная проблема с тем, чтобы синтезировать длинные молекулы ДНК состоит в том, что никто еще не научился присоединять один нуклеотид к другому с достаточной точностью. Ошибки постепенно накапливаются и попадают в ваш конечный продукт", – поясняет Даниэль Гибсон (Daniel Gibson), один из соавторов исследования.

Единственным способом проверки того, что ошибка на закралась в синтезированную молекулу ДНК является ее сиквенирование («расшифровка» – считывание последовательности нуклеотидов), а сиквенировать короткие последовательности значительно проще. Именно поэтому исследователи начали построение ДНК с очень коротких сегментов, заранее проверенных на отсутствие ошибок. Шаг за шагом синтезированные молекулы становились все длиннее, пока не достигли конечной величины в 16300 пар нуклеотидов – длины генома мышиной митохондрии.

Благодаря такому способу синтеза молекул ДНК ученые надеются освоить выпуск искусственных вакцин.

Вирус гриппа постоянно мутирует, и именно поэтому каждый год необходима новая версия вакцины против гриппа. С подобным методом мы можем не отставать от скорости мутаций и достаточно быстро синтезировать новые вирусы для использования их в качестве вакцины", – делится планами Даниэль Гибсон. Его лаборатория уже объединила усилия с коммерческой компанией Synthetic Genomics, для создания подобных вакцин.

Также он поясняет, что синтез именно митохондриальной ДНК важен потому, что нарушения в ней приводят к многим пока неизлечимым болезням. Синтез искусственной ДНК, которая сможет заменить поврежденную, возможно поможет в их лечении.

Методика, эффективная и в меру простая, в скором времени будет применяться на практике. Недавно Институт Крейга Вентера и компания Synthetic Genomics, также основанная г-ном Вентером, создали новую небольшую компанию Synthetic Genomics Vaccines, которая, как следует из названия, займётся изготовлением вакцин.

Полная версия отчёта будет опубликована в статье:

Daniel G Gibson, Hamilton O Smith, Clyde A Hutchison III, J Craig Venter & Chuck Merryman Chemical synthesis of the mouse mitochondrial genome. – Nature Methods. – 2010. – doi:10.1038/nmeth.1515; Published online 10 October 2010.

По материалам: