Ο τομέας της συνθετικής βιολογίας πέτυχε ένα ιστορικό ορόσημο. Ερευνητές του Πανεπιστημίου Macquarie, σε συνεργασία με μια διεθνή ομάδα ολοκλήρωσαν τη δημιουργία του τελευταίου χρωμοσώματος στο πρώτο συνθετικό ευκαρυωτικό γονιδίωμα στον κόσμο. Αυτό το επίτευγμα αντιπροσωπεύει μια κομβική στιγμή στο έργο Sc2.0 που στοχεύει στη δημιουργία μιας συνθετικής έκδοσης του Saccharomyces cerevisiae (μαγιά αρτοποιίας).
Η δημιουργία του πρώτου συνθετικού ευκαρυωτικού γονιδιώματος στον κόσμο και ενός νέου στη φύση νεοχρωμοσώματος tRNA προαναγγέλλει μια νέα εποχή για τη μεταβολική μηχανική, προσφέροντας άνευ προηγουμένου ευκαιρίες σε εφαρμογές βιοτεχνολογίας, από τη βιώσιμη παραγωγή τροφίμων έως τα φαρμακευτικά προϊόντα.
Χρησιμοποιώντας πρωτοποριακές τεχνικές επεξεργασίας γονιδιώματος, συμπεριλαμβανομένου του πρωτοκόλλου CRISPR D-BUGS, η ομάδα εντόπισε και διόρθωσε σχολαστικά γενετικά σφάλματα που επηρέαζαν την ανάπτυξη του Saccharomyces cerevisiae.
Οι προσπάθειές τους όχι μόνο αποκατέστησαν την ικανότητα της μαγιάς να ευδοκιμεί στη γλυκερίνη, μια ζωτικής σημασίας πηγή άνθρακα, κάτω από υψηλές θερμοκρασίες, αλλά άνοιξαν επίσης τον δρόμο για την κατασκευή πιο ανθεκτικών οργανισμών.
Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο Nature Communications την περασμένη εβδομάδα, ρίχνουν φως στον τρόπο κατασκευής, συναρμολόγησης και βελτίωσης των χρωμοσωμάτων που έχουν σχεδιαστεί για να δημιουργήσουν οργανισμούς με βελτιωμένα χαρακτηριστικά.
«Αυτή είναι μια στιγμή ορόσημο στη συνθετική βιολογία», σχολιάζει σε σχετική ανακοίνωση ο επικεφαλής της έρευνας καθηγητής Sakkie Pretorius, του Πανεπιστημίου Macquarie. «Είναι το τελευταίο κομμάτι ενός παζλ που απασχολεί τους ερευνητές της συνθετικής βιολογίας εδώ και πολλά χρόνια». Το αποκορύφωμα αυτής της επιστημονικής προσπάθειας όχι μόνο αποτελεί παράδειγμα τεχνικής ικανότητας, αλλά επίσης καθιερώνει ένα νέο πρότυπο στον κλάδο της συνθετικής βιολογίας.
Το συνθετικό χρωμόσωμα, που ονομάστηκε synXVI, είναι το κορυφαίο επίτευγμα μιας παγκόσμιας συνεργασίας ετών. Ο διακεκριμένος καθηγητής Ian Paulsen, Διευθυντής του ARC Center of Excellence in Synthetic Biology και συν-επικεφαλής του έργου, υπογραμμίζει τις μεταμορφωτικές του δυνατότητες: «Με την επιτυχή κατασκευή και τον εντοπισμό σφαλμάτων του τελικού συνθετικού χρωμοσώματος, βοηθήσαμε στην ολοκλήρωση μιας ισχυρής πλατφόρμας για τη μηχανική βιολογία που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στον τρόπο παραγωγής φαρμάκων, βιώσιμων υλικών και άλλων ζωτικών πόρων». Η έρευνα όχι μόνο ανοίγει το δρόμο για προόδους στη συνθετική μαγιά, αλλά θέτει επίσης τις βάσεις για μελλοντικές προσπάθειες στη γενετική μηχανική σε διάφορους οργανισμούς.
Μέσω της ανάπτυξης εξειδικευμένων εργαλείων επεξεργασίας γονιδίων, οι ερευνητές διέγνωσαν και επέλυσαν ζητήματα που επηρεάζουν την ανάπτυξη και τις αναπαραγωγικές ικανότητες της συνθετικής ζύμης τους. Ένα κρίσιμο εύρημα ήταν η αλληλεπίδραση γενετικών δεικτών που τοποθετήθηκαν κοντά σε ορισμένες γονιδιακές περιοχές. Αυτή η απρόβλεπτη τοποθέτηση παρενέβη στις διαδικασίες ενεργοποίησης και απενεργοποίησης ζωτικών γονιδίων, επηρεάζοντας σημαντικά τις διαδικασίες που είναι απαραίτητες για τον μεταβολισμό του χαλκού, ο οποίος είναι ζωτικής σημασίας για την επιβίωση του οργανισμού σε διάφορες συνθήκες, αλλά και την κυτταροδιαίρεση.
Ο συν-επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Δρ. Hugh Goold, επίτιμος μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Macquarie, τόνισε τις επιπτώσεις των ευρημάτων του έργου για μελλοντικά έργα μηχανικής γονιδιώματος: «Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η τοποθέτηση γενετικών δεικτών μπορεί να διαταράξει την έκφραση βασικών γονιδίων παρέχει κρίσιμες γνώσεις που μπορούν να συνεισφέρουν στην καθιέρωση αρχών σχεδιασμού που εφαρμόζονται σε άλλους οργανισμούς». Αυτές οι ιδέες είναι ανεκτίμητες καθώς ενισχύουν την κατανόηση των επιστημόνων για τη γενετική αρχιτεκτονική και τις επιπτώσεις της στη συνθετική βιολογία.
Η ολοκλήρωση του συνθετικού χρωμοσώματος synXVI υπερβαίνει το απλό επίτευγμα. Ανοίγει νέες οδούς εξερεύνησης στη μεταβολική μηχανική και τη βελτιστοποίηση του στελέχους. Αυτό το συνθετικό χρωμόσωμα διαθέτει προηγμένα στοιχεία που επιτρέπουν στους ερευνητές να δημιουργούν γενετική ποικιλομορφία κατά παραγγελία. Τέτοιες ικανότητες επιταχύνουν την ανάπτυξη ζυμομυκήτων που όχι μόνο είναι πιο βιώσιμες αλλά παρουσιάζουν και βελτιωμένες ιδιότητες προσαρμοσμένες για πολυάριθμες βιοτεχνολογικές εφαρμογές.
«Το γονιδίωμα της συνθετικής ζύμης αντιπροσωπεύει ένα κβαντικό άλμα στην ικανότητά μας να σχεδιάζουμε τη βιολογία», λέει ο Δρ. Briardo Llorente, επικεφαλής επιστημονικός υπεύθυνος στο Australian Genome Foundry. Αυτό το επίτευγμα δεν θα ήταν δυνατό φυσικά, χωρίς τα ρομποτικά όργανα στο Australian Genome Foundry.
Αυτό το επίτευγμα ορόσημο δεν είναι απλώς μια επιστημονική νίκη. Αντιπροσωπεύει μια κρίσιμη καμπή για μελλοντικές καινοτομίες σε διάφορους τομείς. Η μηχανική οργανισμών με επιθυμητά χαρακτηριστικά έχει τη δυνατότητα να μεταμορφώσει τις βιομηχανίες, να επηρεάσει ολόκληρη την παγκόσμια οικονομία και να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίζουμε τις προκλήσεις στον εφοδιασμό τροφίμων, στην ιατρική και όχι μόνο. Οι συνέπειες αυτής της έρευνας θα εμπνεύσουν αναμφίβολα ένα νέο κύμα πρωτοβουλιών στο πεδίο της συνθετικής βιολογίας, που θα ωθήσουν τα όρια του δυνατού και θα βελτιώσουν την ανθεκτικότητα των βιολογικών συστημάτων σε έναν όλο και πιο αβέβαιο κόσμο.
Η ολοκλήρωση του γονιδιώματος της συνθετικής ζύμης αποτελεί την επιτομή της ανθρώπινης ευρηματικότητας και αποφασιστικότητας στη σφαίρα της επιστημονικής εξερεύνησης. Με τις συνεχείς προόδους στην επεξεργασία του γονιδιώματος και την επαναληπτική βελτίωση των συνθετικών οργανισμών, η ανθρωπότητα βρίσκεται μπροστά σε έναν άνευ προηγουμένου αριθμό ευκαιριών. Οι μελλοντικοί ερευνητές και καινοτόμοι θα ανατρέξουν σε αυτή τη σημαντική περίσταση ως ένα σκαλοπάτι προς ένα πιο βιώσιμο και αποτελεσματικό μέλλον, βασισμένο στις αρχές της συνθετικής βιολογίας.
Πηγή: Macquarie University
