Nuestra capacidad para manipular los genes de los organismos vivos se ha ampliado espectacularmente en los últimos años. Ahora, los investigadores están un paso más cerca de construir un genoma desde cero después de revelar una cepa de levadura que contiene más del 50% de ADN sintético.
Desde 2006, un consorcio internacional de investigadores llamado Proyecto Genoma de la Levadura Sintética ha estado intentando reescribir el genoma completo de la levadura de cerveza. El organismo es un objetivo atractivo porque es un organismo eucariota como nosotros y se utiliza ampliamente en la industria biotecnológica para producir biocombustibles, productos farmacéuticos y otras sustancias químicas de alto valor.
Si bien los investigadores han reescrito previamente los genomas de virus y bacterias, la levadura es más difícil porque su ADN está dividido en 16 cromosomas. Para acelerar el progreso, cada grupo de investigación participante se centró en reescribir un cromosoma diferente, antes de intentar combinarlos.
El equipo ahora ha sintetizado con éxito nuevas versiones de los 16 cromosomas y ha creado un cromosoma completamente nuevo. En una serie de artículos en celúla Y Genómica celularEl equipo también informó sobre la combinación exitosa de siete de estos cromosomas artificiales, más parte de otro, en una sola célula. Juntos representan más del 50% del ADN de la célula.
«Nuestra motivación es comprender los primeros principios básicos de la genómica mediante la construcción de genomas sintéticos», dijo en el artículo el coautor Patrick Yezi Cai, de la Universidad de Manchester. presione soltar. «El equipo ahora ha reescrito el sistema operativo de la levadura en ciernes, abriendo una nueva era de la ingeniería biológica: pasando de jugar con un puñado de genes a diseñar y construir de novo genomas completos».
Los cromosomas artificiales son marcadamente diferentes de los de la levadura normal. Los investigadores eliminaron grandes cantidades de «ADN basura» repetitivo que no codifica proteínas específicas. En particular, cortaron secciones de ADN conocidas como transposones, que pueden combinarse naturalmente de formas inesperadas, para mejorar la estabilidad del genoma.
También aislaron todos los genes que codifican el ARN de transferencia en un genoma 17 completamente nuevo. Estas moléculas transportan aminoácidos a los ribosomas, las fábricas de proteínas de la célula. kay Decir Ciencias Las moléculas de ARNt son «puntos de daño del ADN». El grupo espera que al separarlos y alojarlos en lo que se llama un neocromosoma de ARNt, será más fácil mantenerlos bajo control.
«El nuevo cromosoma de ARNt es el primer cromosoma completamente artificial del mundo», afirma Kay. «No hay nada parecido en la naturaleza».
Hay otro cambio importante que podría acelerar los esfuerzos para encontrar nuevas cepas de levadura útiles. El equipo integró un sistema llamado SCRaMbLE en el genoma, lo que permitió reorganizar rápidamente los genes dentro de los cromosomas. Este «sistema de evolución catalizada» permite a las células recorrer rápidamente genomas nuevos e interesantes.
«Es como barajar una baraja de cartas», dice el coautor Jeff Buckey de NYU Langone Health. Decir nuevo mundo. «El sistema de codificación es básicamente una variación de la supervelocidad, pero podemos activarlo y desactivarlo».
Para introducir muchos cromosomas modificados en la misma célula de levadura, el equipo de Bucky llevó a cabo un largo programa de hibridación, apareando células con diferentes conjuntos de genomas. En cada paso él estaba ahí. Amplio proceso de «corrección»Los cromosomas artificiales interactúan de formas inesperadas.
Utilizando este enfoque, el equipo combinó seis cromosomas completos y parte de otro cromosoma en una célula que sobrevivió y creció. Luego desarrollaron un método llamado reemplazo cromosómico para transferir el cromosoma de levadura más grande de una célula donante, elevando el total a siete y medio y aumentando la cantidad total de ADN sintético a más del 50 por ciento.
Introducir los 17 cromosomas artificiales en una célula requeriría mucho trabajo adicional, pero cruzar el punto medio es un logro importante. Si el equipo logra producir levadura con un genoma completamente sintético, representaría un cambio importante en nuestra capacidad para manipular el código de la vida.
«Me gusta llamar a esto el final del principio, no el principio del fin, porque entonces podremos empezar a mezclar esa superficie y producir levadura que pueda hacer cosas que nunca antes habíamos visto», dice Bucky. en el comunicado de prensa.
Fuente de la imagen: micrografía electrónica de barrido de levadura parcialmente sintética. / Cell/Zhao et al.
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