Επανάσταση στη βιοτεχνολογία: Βακτηριακό γονιδίωμα δημιουργήθηκε εξολοκλήρου με υπολογιστή

Επανάσταση στη βιοτεχνολογία: Βακτηριακό γονιδίωμα δημιουργήθηκε εξολοκλήρου με υπολογιστή

SHUTTERSTOCK

Επιστήμονες του ETH Zurich ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο η οποία απλοποιεί κατά πολύ την παραγωγή μεγάλων μορίων DNA, που περιέχουν εκατοντάδες γονίδια. Με αυτή τη μέθοδο, δημιούργησαν το πρώτο γονιδίωμα βακτηρίου το οποίο σχεδιάστηκε εξολοκλήρου από αλγόριθμο υπολογιστή, εν δυνάμει ανοίγοντας τον δρόμο για μια επανάσταση στη βιοτεχνολογία.

Όλες οι αλληλουχίες γονιδιωμάτων των οργανισμών που είναι γνωστοί ανά τον κόσμο είναι αποθηκευμένες σε μια βάση δεδομένων που ανήκει στο National Center for Biotechnology Information στις ΗΠΑ. Πλέον, η βάση αυτή περιλαμβάνει και το Caulobacter ethensis-2.0, το πρώτο γονιδίωμα ζωντανού οργανισμού που δημιουργήθηκε πλήρως με υπολογιστή από επιστήμονες του ETH Zurich (ωστόσο οι ερευνητές υπογραμμίζουν πως, αν και το γονιδίωμα τια το C.ethensis-2.0 δημιουργήθηκε υπό τη μορφή ενός πολύ μεγάλου μορίου DNA, δεν υπάρχει ακόμα αντίστοιχος οργανισμός).

Το C.ethensis-2.0 βασίζεται στο γονιδίωμα ενός γνωστού και αβλαβούς βακτηρίου, του Caulobacter crescentus, που συναντάται σε λίμνες, ποτάμια κ.α. ανά τον κόσμο και δεν προκαλεί ασθένειες. Επίσης, αποτελεί έναν οργανισμό που χρησιμοποιείται σε εργαστήρια ανά τον κόσμο για τη μελέτη της ζωής των βακτηριδίων. Το γονιδίωμα αυτού του βακτηρίου περιέχει 4.000 γονίδια. Επιστήμονες είχαν δείξει πως μόνο 680 από αυτά είναι κρίσιμης σημασίας για την επιβίωση του είδους στο εργαστήριο.

Ο Μπιτ Κρίστεν, καθηγητής βιολογίας πειραματικών συστημάτων στο ETH Zurich, και ο αδελφός του, Ματίας Κρίστεν, χημικός στο ETH Zurich, χρησιμοποίησαν το γονιδίωμα του C. crescentus ως σημείο εκκίνησης. Αυτό που ξεκίνησαν για να κάνουν ήταν να συνθέσουν χημικά αυτό το γονιδίωμα εξαρχής- κάτι που είχε κάνει 11 χρόνια πριν ο Αμερικανός πρωτοπόρος της γενετικής Κρεγκ Βέντερ, μετά από πολυετή, επίπονη δουλειά. Αν και η ομάδα του Βέντερ δημιούργησε ένα ακριβές αντίγραφο ενός φυσικού γονιδιώματος, οι ερευνητές του ETH Zurich άλλαξαν δραστικά το γονιδίωμά τους χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο υπολογιστή.

Για να συνθέσουν τα τμήματα του γονιδιώματος με τον απλούστερο δυνατό τρόπο, και μετά να τα συναρμολογήσουν, απλοποίησαν κατά πολύ την αλληλουχία του γονιδιώματος, χωρίς να τροποποιήσουν την ίδια τη γενετική πληροφορία. Χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο, οι ερευνητές υπολόγισαν την ιδανική αλληλουχία DNA για τη σύνθεση και δημιουργία του γονιδιώματος- και πέρασαν σε αυτό πολλές μικρές τροποποιήσεις.

«Αν και η παρούσα έκδοση του γονιδιώματος δεν είναι ακόμα τέλεια, η δουλειά μας δείχνει ότι βιολογικά συστήματα κατασκευάζονται τόσο απλά, που στο μέλλον θα είμαστε σε θέση να δουλεύουμε πάνω στις σχεδιαστικές λεπτομέρειες στον υπολογιστή, ανάλογα με τους σκοπούς μας, και μετά να τα κατασκευάζουμε» είπε ο Ματίας Κρίστεν- με τον Μπιτ Κρίστεν να τονίζει πως αυτό μπορεί να γίνεται με σχετικά «ευθύ» τρόπο: «Αυτό που χρειάστηκε 10 χρόνια με την προσέγγιση του Κρεγκ Βέντερ, η μικρή μας ομάδα το πέτυχε με τη νέα μας τεχνολογία εντός του χρονικού πλαισίου ενός έτους, με κόστος κατασκευής 120.000 ελβετικών φράγκων».

«Πιστεύουμε ότι σύντομα θα είναι δυνατόν να παράξουμε λειτουργικά βακτηριακά κύτταρα με ένα τέτοιο γονίδιο» είπε ο Μπιτ Κρίστεν- μια εξέλιξη που ανοίγει νέους ορίζοντες, όπως τη δημιουργία συνθετικών μικροοργανισμών για βιοτεχνολογική χρήση πχ στην παραγωγή φαρμακευτικά ενεργών μορίων ή βιταμινών. Άλλη μια εφαρμογή θα μπορούσε να είναι η παραγωγή εμβολίων DNA.

Ωστόσο, σε κάθε περίπτωση, οι ερευνητές τονίζουν πως απαιτείται μεγάλη συζήτηση σε κοινωνικό επίπεδο για τους σκοπούς και τις χρήσεις αυτής της τεχνολογίας- προκειμένου να αποφευχθεί κατάχρησή της.