Американские биологи создали дрожжевую культуру, клетки которой содержат как обычные, так и синтетические хромосомы – «дрожжи Франкенштейна» содержат «ключ» эволюции SCRaMbLE, который позволяет удалять или перемещать отдельные гены внутри этих хромосом и «конструировать» клетки-мутанты, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Группа ученых под руководством Джефа Боека (Jef Boeke) из университета Джона Гопкинса в городе Балтимор (США) полагает, что их исследование является лишь первым шагом на пути к появлению полностью «синтетических» дрожжей.

Это не первая попытка создать искусственный организм – в 2010 году биологи из Института Крэйга Вентера (Craig Venter) «вдохнули жизнь» в так называемую «синтию» — полный аналог бактерии Mycoplasma mycoides.

Боек и его коллеги удалили все «лишние» фрагменты из шестой и девятой хромосомы дрожжей – концевые элементы и мобильные элементы генома, составленные из так называемой «мусорной» ДНК. Кроме того, они присоединили к генам специальную генетическую последовательность – основу системы SCRaMbLE, которая позволяет «вырезать» ненужные участки или менять гены местами при помощи специального фермента – Cre-рекомбиназы. Ученые модифицировали ген рекомбиназы таким образом, чтобы она включалась только в случае, если в клетке появлялся эстроген – женский гормон.

Биологи собирали искусственные хромосомы в два этапа – сначала они подготовили полную последовательность нуклеотидов – букв ДНК, при помощи компьютерной программы, а потом собрали ее по частям при помощи бактерий и соединили их химическим путем.

Ученые «отредактировали» примерно 15% нуклеотидов в шестой хромосоме, и 20% – в девятой. Биологи пересадили полученные хромосомы в клетку грибка и вырастили несколько популяций «дрожжей Франкенштейна». Большая часть этих грибков погибла из-за дефектов в искусственных хромосомах, но некоторые линии дрожжей смогли выжить. Некоторые из них унаследовали только шестую хромосому, а другие – шестую и девятую хромосомы.

Ученые поместили эти микроорганизмы в питательную среду и вырастили несколько колоний грибков. Биологи сравнили экспрессию генов в геномах новых и диких дрожжей. Как правило, большинство генов в «дрожжах Франкенштейна» не отличались от аналогичных участков в «нормальном» геноме грибков. С другой стороны, гены, расположенные у края хромосом, были активнее своих обычных «коллег».

И наконец, исследователи ввели в клетки дрожжей некоторое количество эстрогена и проверили, как работает система SCRaMbLE.

Оказалось, что после всплеска мутаций выжил лишь 1% популяции грибков, у которых были заменены обе хромосомы. Дрожжи с искусственной 6 хромосомой не пострадали, так как «помеченные» гены в этой хромосоме не являются критически важными.

Авторы работы полагают, что такие микроорганизмы и механизм SCRaMbLE могут использоваться как для изучения свойств отдельных генов, так и для выращивания новых сортов дрожжей с заданными свойствами.