Nagy lépés az első mesterséges élőlény felé

Elkészült minden idők legnagyobb ember alkotta DNS-szerkezete. Egy baktérium teljes örökítőállományát hordozó DNS-molekulát hoztak létre mesterséges úton - elsőként a világon - a kaliforniai és marylandi székhelyű J. Craig Venter Intézet (JCVI) laboratóriumában. Ezzel a kutatók nagy lépést tettek végső céljuk, egy teljesen szintetikus élő szervezet megalkotása felé.

A Mycoplasma genitalium nevű baktérium most elkészült szintetikus DNS-e tizennyolcszor hosszabb, mint a korábbi legnagyobb, laboratóriumban felépített DNS-molekula. Az eredmény legfontosabb jelentősége, hogy egy élő sejt teljes örökítőanyagát reprodukálták a kutatók. Nem véletlenül választották kísérletükhöz az egyszerű, parazita baktériumot, hiszen ez az ismert legkisebb örökítőállományú (genomú) élő szervezet.

A kórokozó genomját mindössze 583 ezer nukleotid-bázispár építi fel (a nukleotidbázisok a DNS kémiai építőelemei), és alig ötszáz gént tartalmaz. Összehasonlításként: az ember genomja 3 milliárd bázispár hosszú, s körülbelül 20-25 ezer génünk van. Csakhogy még egy ilyen parányi baktérium genomjának felépítése is hatalmas, biotechnológiai bravúrt igénylő feladat volt. Korábbi próbálkozások során csak vírusok teljes DNS-ét sikerült szintetizálni.

Hogyan gyártsunk kromoszómát?

A fő nehézséget az jelenti, hogy minél hosszabb DNS-t próbálnak összeállítani a "kémcsövekben", a molekula annál törékenyebbé válik, és ezért egyre nehezebb tovább dolgozni vele. A kutatók először 5000-7000 bázispár hosszúságú szakaszokra ("kazettákra") osztották fel a genomot, majd ennek a 101 viszonylag rövid darabnak összeillesztésével próbálták lépésről lépésre felépíteni a teljes kromoszómát.

Elsőként négy-négy ilyen "DNS-kazetta" összefűzésével készítettek 25 darab, egyenként körülbelül 24 ezer bázispár hosszúságú genomrészletet. Ezeket a töredékeket hármasával, 72 ezer bázis hosszúságú "blokkokká" illesztették össze. Az így kapott DNS-darabok már a baktériumkromoszóma nyolcadrészének feleltek meg. A genomblokkokat egy e célra gyakran használt, Escherichia coli nevű baktériumba juttatva "sokszorosították". Következő lépésként 144 ezer bázispár hosszúságú, óriás DNS-darabokat állítottak össze, amelyek a teljes genom negyedrészének feleltek meg.

Ám ezek a molekulák már túl nagyok voltak ahhoz, hogy az E. coli baktériumban sokszorosíthassák őket. A biológusok a Saccharomyces cerevisiae nevű élesztőgomba sejtjeit használták fel erre a célra. Hosszú évek kutatása során kiderült: az élesztősejtekben természetes körülmények között is lezajló, nagyobb DNS-darabok kicserélődésével járó ún. homológ rekombináció révén a szintetikus kromoszóma utolsó darabjait is össze lehet illeszteni - elkészült hát a kb. 583 ezer bázispár hosszú DNS. Csak néhány apróbb változtatást csináltak a genom bázissorrendjében: például egy gént kikapcsoltak, hogy a parazita ne legyen fertőzőképes.

Az ismert legkisebb örökítőállományú (genomú) élő szervezet, a Mycoplasma genitalium nevű baktérium telepei

Mesterséges élő szervezet?

A Mycoplasma genitalium teljes genomjának felépítése nagy mérföldkő az ún. szintetikus genomika történetében. A kutatók végső célja nem kevesebb, mint egy szintetikus élő és működő szervezet megalkotása. A genomika területének egyik legismertebb és legellentmondásosabb alakja, J. Craig Venter és kollégái az 1990-es évek közepén, miután leírták a Mycoplasma genitalium genomszekvenciáját, közzétették a Minimál Genom Program eredményét. Ebben a kísérletükben azt vizsgálták, mi az a minimális genetikai háttér, amely egy élőlény számára nélkülözhetetlen a fennmaradáshoz. Szisztematikusan, lépésről lépésre eltávolították a baktérium génjeit, a legalapvetőbb életműködéshez szükséges géneket keresve.

Venter és munkatársai 2003-ban bejelentették, hogy két hét alatt sikerült szintetizálniuk a Phi X nevű bakteriofág (baktériumot fertőző vírus) 5400 bázispár hosszúságú genomját.

2007 júniusában újabb áttörést jelentettek be az intézet kutatói: egy olyan módszert sikerült kidolgozniuk, amellyel teljes genomot lehet átjuttatni (transzplantálni) egyik baktériumból a másikba. Az új technikával egy ún. Mycoplasma capricolum nevű baktériumból egy másik, Mycoplasma mycoides nevű baktériumot hoztak létre, miután a két örökítőanyagot egyszerűen kicserélték a sejtek között.

A kutatók úgy vélik, hogy a Mycoplasma genitalium most legyártott szintetikus kromoszómáját az említett genomtranszplantációs eljárással bejuttatva egy erre alkalmas sejtbe végre elkészülhet az első mesterségesen létrehozott élő szervezet, amelyet Mycoplasma laboratoriumnak neveznek majd el.