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Ein Genom verpflanzen
Vergessen Sie Nieren und Herzen: Der Genomik-Pionier J. Craig Venter hat ein viel kleineres Transplantationsverfahren angeführt. Wissenschaftler an der J. Craig Venter Institut , in Maryland, haben ein ganzes Genom von einem Bakterium auf ein anderes übertragen. Sie sagen, die Ergebnisse, die heute in der Zeitschrift beschrieben werden Wissenschaft , markieren einen bedeutenden Fortschritt in Richtung des Ziels, synthetische Genome zu schaffen. Letztlich wollen Venter und seine Kollegen Genome von Grund auf neu aufbauen und in Bakterienzellen verpflanzen, um maßgeschneiderte, kraftstoffproduzierende Mikroorganismen zu erzeugen.
Pionierfehler: J. Craig Venter gab diese Woche bekannt, dass sein Institut ein Bakteriengenom transplantiert hat, wodurch eine Spezies in eine andere umgewandelt wird. Das untere Bild zeigt die Kolonien der transformierten Mykoplasmen-Mykoide Bakterium.
Dieses Papier ist ein Meilenstein in der biologischen Technik, sagte Barbara Jasny , Wissenschaft s stellvertretender Redakteur, bei einer Pressekonferenz am Mittwoch. Es führt uns von der Fähigkeit, ein Gen oder eine Reihe von Genen zu bewegen, hin zu der Fähigkeit, ein intaktes Genom zu bewegen.
Die Wissenschaftler begannen mit zwei Arten von Mykoplasmen, einer Art von Bakterien, denen Zellwände fehlen und die ein sehr kleines Genom haben. Anschließend isolierten sie die DNA einer Spezies, der ein zusätzliches Gen zur Resistenz gegen ein Antibiotikum gegeben wurde, und transplantierten sie durch die Zellmembran der zweiten Spezies. Als die Wirtsbakterien in Gegenwart dieses Antibiotikums wuchsen und sich teilten, verschwanden Zellen, die die ursprünglichen Chromosomen trugen, und es blieben nur Zellen übrig, die das transplantierte Chromosom enthielten. Vor allem übernahm das Wirtsbakterium die molekularen Eigenschaften des Spenders. Das gesamte Proteinrepertoire verändere sich, sagte Venter auf der Pressekonferenz.
Für Venters Team ist die Genomtransplantation ein Schritt hin zur Entwicklung mikrobieller Maschinen zur effizienten Herstellung von Kraftstoff. Die Forscher versuchen derzeit, eine synthetische Version des Genoms von . zusammenzufügen Mycoplasma genitalium , ein Bakterium, das im menschlichen Genitaltrakt vorkommt und das Venters Gruppe seit mehr als einem Jahrzehnt untersucht. Durch das Neuanordnen oder Löschen bestimmter Teile des synthetischen Genoms und das Einfügen in einen bakteriellen Wirt sollten Wissenschaftler herausfinden können, welche Gene für die Funktion des Organismus entscheidend sind – im Wesentlichen das minimale Genom. Dieses minimale Genom könnte dann modifiziert werden, um treibstoffproduzierende Gene zu tragen, und die gesamte DNA-Kette könnte in einen bakteriellen Träger verpflanzt werden.
Neben der Forschung an seinem Institut hat Venter auch ein in Maryland ansässiges Startup namens . gegründet Synthetische Genomik . (Siehe Bau eines Käfers, um Öl zu ernten.) Das Unternehmen, das mit BP zusammenarbeitet, hofft, Bakterien für Energieanwendungen zu kommerzialisieren.
Einige Wissenschaftler bezweifeln jedoch, ob ein minimales Genom erforderlich ist, um nützliche Bakterien zu entwickeln. Es ist nicht klar, warum eine minimale Zelle oder eine Zelle, die durch Transplantation des gesamten Genoms hergestellt wurde, kostengünstiger wäre, als nur einige wenige Gene in ein robusteres Genom einzufügen oder zu ändern, sagt Georgskirche , Genetiker an der Harvard Medical School in Boston. Er weist darauf hin, dass die Synthese selbst des kleinsten Genoms mit der heutigen Technologie schätzungsweise 10 Millionen Dollar kosten würde. Tatsächlich basteln andere Unternehmen an bestehenden Mikroben herum, um Fabriken für biologische Brennstoffe zu entwickeln. (Siehe Ein besserer Biokraftstoff.)
Venter sagte jedoch, dass sein Ansatz inhärente biologische Merkmale beseitigen würde, die umfangreiches biologisches Engineering schwierig machen. Zum Beispiel könnte ein nicht essentieller Stoffwechselprozess einen molekularen Vorläufer absaugen, der für die Kraftstoffproduktion benötigt wird. Darüber hinaus, so Venter, haben bestehende Organismen eine schnelle Entwicklungsfähigkeit. In der synthetischen Biologie wollen Sie kein System, das sich selbst zu etwas anderem entwickelt. Wir wollen diese Elemente von Anfang an aus der Zelle entfernen.
Die Technik des genomischen Transfers ähnelt dem Kerntransfer, der zum Klonen des Schafs Dolly verwendet wird, bei dem der Kern einer erwachsenen Zelle in ein Ei übertragen wird. Aber es war schwieriger, den Prozess in Bakterien zum Laufen zu bringen. Wissenschaftler spekulieren, dass Kernproteine, die während des Kerntransfers zusammen mit der DNA übertragen werden, den Prozess unterstützen können. Bakterien haben keinen Kern, und in diesem Experiment wurde nur DNA in die Wirtszelle transferiert. Die Forscher taten dies mit Absicht, um zu zeigen, dass nur DNA benötigt wird, um das Wirtsbakterium erfolgreich umzuprogrammieren – eine Eigenschaft, die notwendig sein wird, wenn Wissenschaftler bereit sind, vollständig synthetische Genome zu transplantieren.
Wissenschaftler verstehen nicht vollständig, wie der Genomtransfer funktionierte, insbesondere wie das Wirtsgenom verschwand. Und es ist noch nicht klar, wie gut die Technik bei anderen Bakterien oder komplexeren Organismen funktioniert. Die meisten Bakterien haben einen Abwehrmechanismus, der jede fremde DNA, die in die Zelle eindringt, zerhackt, daher müssten Wissenschaftler einen Weg finden, die DNA-abbauenden Enzyme in jeder verschiedenen Spezies zu blockieren, bevor sie fremde Genome erfolgreich in sie transplantieren könnten.