Създадоха синтетичен мъх с изкуствена ДНК. Това може да е първата стъпка към създаването на нов вид живот

В края на 2023 г. учените постигнаха значителен напредък в синтетичната биология, като замениха половината от генетичния материал на клетките на дрождите с изкуствена ДНК. Откритието е важен етап в 18-годишния проект за създаване на алтернативни версии на всяка хромозома на дрождите. Въпреки че разполагат със 7,5 синтетични хромозоми, клетките продължават да се размножават и процъфтяват.

Ново изследване ни отвежда по-нагоре по еволюционната верига до сътворяването на изкуствено създадени растения. В рамките на проекта SynMoss екип от Китай модифицира част от една хромозома на мъх. В резултат на това се получи частично синтетично растение, което може да расте нормално и да произвежда спори. Това е един от първите случаи на многоклетъчно същество, носещо частично изкуствена хромозома.

Промените в ДНК не само задоволяват научното любопитство. Експериментите помагат да се разшифрова еволюционната история, да се идентифицират ключови участъци от ДНК, отговорни за стабилността на хромозомите или причиняващи заболявания. Както и да се разбере по-добре „тъмната материя“ на ДНК – мистериозните последователности, които не кодират протеини.

Синтетичните организми улесняват проектирането на интервенции в живите същества. Например бактериите и дрождите вече се използват за производство на бира и животоспасяващи лекарства като инсулин. Чрез промени в генома е възможно да се придадат нови способности на такива клетки.

За разлика от бактериите, дрождите са еукариотни клетки, към които спадат растенията, животните и хората. Нашата ДНК е защитена в ядрото, което затруднява работата на синтетичните биолози.

Растенията са по-трудни за манипулиране от дрождите поради многото видове клетки, които координират растежа и размножаването. Изследователският екип модифицира съществуващ геном на мъх, вместо да създаде нов геном от нулата. Мъхът е избран заради способността му да се адаптира към промените в околната среда, включително да поправя ДНК, повредена от слънчевата светлина. Мъхът може да се превърне в пълноценно растение от една-единствена клетка, което е идеално за синтетичната биология.

В изследването екипът решава да пренапише най-късото рамо на хромозомата на мъха, хромозома 18. Това става чрез замяна на над 68 000 ДНК със синтетични фрагменти, което значително намалява размера на хромозомата. Намалението е с около 56%. В резултат на това получените растения със силно променен геном израстват във възрастни растения, способни на нормален жизнен цикъл и размножаване.

Синтетичният мъх показа необичайни епигенетични характеристики и толерантност към високата соленост, което е полезна адаптация. Резултатите биха могли да улеснят използването на мъхове за производство на терапевтични протеини, борба със сърдечни заболявания, лекуване на рани или лечение на инсулти. Мъхът вече се използва за синтезиране на медицински лекарства. Частично създаденият геном би могъл да промени метаболизма му, да подобри устойчивостта му към инфекции и да увеличи добива му.

Следващата стъпка е да се замени изцяло късото рамо на 18-тата хромозома със синтетични последователности. Учените се стремят в рамките на 10 години да създадат пълен синтетичен геном на мъха, което е много амбициозна цел. В сравнение с генома на дрождите, за чието пренаписване са били необходими 18 години и международно сътрудничество, геномът на мъха е 40 пъти по-голям. Но благодарение на все по-ефективните и евтини технологии за разчитане и синтезиране на ДНК тази цел не е недостижима. Подобни техники биха могли да вдъхновят и други проекти за препроектиране на хромозоми в други организми. От растения до животни.