In futuro non saremo modificare il genoma. Andremo a creare un nuovo

Da allora, come i sumeri per la prima volta ha voluto bere una birra, e che era migliaia di anni fa, l'Homo sapiens hanno avuto stretti rapporti con Sacharomyces cerevisae, funghi unicellulari, più noti come il lievito di birra. Grazie fermentazione persone potrebbero usare questo microscopico per i suoi scopi. Ai nostri giorni, le cellule di lievito producono etanolo e l'insulina, messo su di loro esperienze nei laboratori.

Questo non significa che il S. cerevisiae non può più migliorare – in ogni caso, secondo Jeff Elegantemente. Direttore dell'Istituto di sistemi genetici durante la New York university Elegantemente guida di un team internazionale di centinaia di persone, il cui compito è quello di sintetizzare 12,5 milioni di lettere che compongono il genoma delle cellule di lievito.

In pratica, questo significa la progressiva sostituzione di ogni cromosoma lievito – e di quelli di 16 chimicamente sintetizzato il DNA. Elegantemente e i suoi colleghi di quasi dieci istituti di togliere il genoma di lievito e permettono agli scienziati di mescolare i suoi geni a sua discrezione. In ultima analisi, sintesi lievito – Sc2.0 – saranno regolati completamente.

«per i prossimi 10 anni la biologia sintetica di produrre tutti i tipi di connessioni e di materiali con microrganismi», dice Elegantemente. «Speriamo che i nostri lievito giocheranno un ruolo importante in questo».

Pensate a questo progetto come qualcosa di simile prima dell'automobile Henry Ford – assemblato con le mani e unico nel suo genere. Un giorno, però, ci sarà abbastanza ordinario di progettare genoma su schermi di computer. Invece di sviluppare o addirittura modificare il DNA di un organismo, sarebbe più facile stampare una nuova copia. Immaginate di design di alghe produttrici di carburante; senza difficoltà organi; risuscitati specie estinte.

«Penso che questo può essere grande, di spazio o computer rivoluzione», dice George Church, studia il genoma presso la Harvard school of medicine.

In Precedenza, gli scienziati hanno sintetizzato le istruzioni genetiche che controllano i virus e i batteri. Ma le cellule di lievito эукариотны, cioè tengono i loro genomi nel nucleo e li legano in cromosomi, come persone. Il loro genoma è anche molto di più.

E questo è un problema perché sintetizzare il DNA non è così a buon mercato come descrivere. Il genoma dell'uomo di oggi è possibile sequenziare per 1000 dollari, e il prezzo scende costantemente. Ma per sostituire ogni lettera di DNA del lievito, Elegantemente bisogno di 1,25 milioni di dollari. Aggiungi il costo del lavoro e calcolo del costo totale del progetto.

Insieme con Church e altri Elegantemente dirige GP-write, l'organizzazione, che serve per gli studi internazionali, che devono ridurre i costi di progettazione, sviluppo e test del genoma mille volte per i prossimi dieci anni. «Ci troviamo di fronte con tutti i tipi di problemi come la vista, e la biologia può notevolmente aiutare noi su questo pianeta», dice. «Ma solo se noi riduciamo i costi».

«dal Basso verso l'alto»

Uno Scienziato di nome Ronald Davis di Stanford per la prima volta ha suggerito la possibilità di sintesi del genoma di lievito di birra in una conferenza nel 2004. Tuttavia, in quel momento Elegantemente non ho visto in questo senso. «Perché qualcuno avrebbe bisogno di farlo?» — così ha pensato poi.

Ma Elegantemente è venuto da pensare che il produttore del genoma del lievito può essere il modo migliore per capire il corpo. Sostituendo ogni parte, sarete in grado di scoprire quali geni sono necessari, e senza la quale il corpo sarà in grado di vivere. Alcuni membri del team chiamano questa l'idea di «costruire, per capire».

«Questo è tutto un altro modo per capire come funzionano gli esseri viventi», dice Leslie Mitchell, lavoratore onorato laboratorio di NYU e uno dei principali sviluppatori sintetico di lievito. «Sappiamo quali sono le lacune nella nostra conoscenza ci sono, applicando l'approccio «dal basso verso l'alto» nella genetica».

Joel Bader, l'informatico della Johns Hopkins University, sta sviluppando un software che permette agli scienziati di vedere i cromosomi del lievito sullo schermo e tenere traccia delle versioni per le modifiche, se in biologico Google Docs. Nel 2008, per fare il DNA, Elegantemente ha lanciato un corso di laurea presso l'università sotto il nome di «Costruire un genoma» (Build a Genome). Gli studenti dovevano imparare di base di biologia molecolare, la raccolta continua il nastro di 10 000 lettere del DNA, che avrebbe dovuto andare in un progetto per creare un sintetico lievito. Poco più tardi di un paio di istituti provenienti dalla Cina hanno aderito al progetto, e dietro di loro rigorosi gli inglesi, australiani e giapponesi.

«distribuiamo i cromosomi singoli gruppi, come capitoli di libri, e sono liberi di decidere cosa fare con loro, ma così, per questo sono al 100% soddisfatto le nostre attività», dice Patrick Kai, un biologo sintetico dell'Università di Manchester, coordinatore internazionale del progetto con il lievito.

i Seguenti passaggi

Elegantemente e il suo team sono voluti otto anni per sono finalmente in grado di presentare il suo primo completamente un cromosoma artificiale di lievito. Da allora il progetto ha accelerato. Nel mese di marzo dello scorso anno, ancora cinque cromosomi sintetici di lievito sono stati descritti in una raccolta di articoli su Science, e Elegantemente ha detto che tutti i 16 cromosomi attualmente pronti per l ' 80 per cento. Questi sforzi hanno permesso di raccogliere la maggior quantità di materiale genetico, mai sintetizzato, e poi unito.

è servito che il genoma di lievito dimostrato di essere estremamente resistente alle visioni e ai cambiamenti della squadra. «Probabilmente la più grande innovazione è qualcosa che si può torturare il genoma come vuoi e il lievito sarà solo ridere», dice Elegantemente.

Elegantemente e i suoi colleghi non appena sostituito naturale genoma di lievito sintetico. «Basta fare una copia sarebbe stupido», dice Church. InIl DNA di questo organismo hanno anche messo molecolari spazi, come se invisibili lacune in acciaio anelli mago. Questo ha permesso loro di mescolare i cromosomi del lievito «come un mazzo di carte», come dice Kai. Questo sistema è ora conosciuto come SCRaMbLE (synthetic chromosome ricombinazione recombination and modification by LoxP-mediated evolution).

Il Risultato è un ad alta velocità di evoluzione, effettuato dalle forze dell'uomo: milioni di nuovi ceppi di lievito con proprietà diverse, è possibile sperimentare in laboratorio e di trovare la loro applicazione in medicina e nell'industria. Mitchell prevede che Sc2.0 con il tempo di sostituire tutti gli altri lievito in laboratori scientifici.

Definitiva patrimonio progetto Elegantemente può essere la decisione di quale gene sintetizzare come segue. Gruppo GP-write inizialmente prevedeva che la creazione di una sintetica del genoma umano può diventare «grande compito». Ma alcuni di bioetica messo in discussione e con attenzione criticato questo piano. Elegantemente sottolinea che il gruppo «non farà il progetto, finalizzato alla creazione di un uomo con un sintetico genoma». Cioè nessuna marca di persone.

Ma se mettiamo da parte le considerazioni etiche, la sintesi completa del genoma umano, che è 250 volte più del genoma lievito, impraticabile con l'applicazione di tecniche moderne. Inoltre, questi sforzi non hanno ottenuto il finanziamento. Lavoro Elegantemente con il lievito madre è stata finanziata dalla National science foundation e le istituzioni accademiche, ma grande iniziativa di GP-write non ha attirato un gran supporto, oltre alla donazione di 250 000 dollari dalla società di computer di Autodesk. Confronta questo con Human Genome Project, che ha ottenuto oltre 3 miliardi di dollari come finanziamento.

«questa È una rivoluzione che non vogliamo dormire», dice Church. «Se il governo federale e tutti i 50 stati non vogliono farlo, noi raccoglieremo ciò che seminiamo. Restiamo dietro».

Nel frattempo, il lavoro continua, base per la base. Tra le copertine di riviste e foto di gruppo Elegantemente memorizza la citazione sulla porta del suo ufficio, che è accreditato con la genetica Teodosio Добжанскому: «Nulla in biologia ha senso, tranne che alla luce dell'evoluzione». Per quanto grande non è stato il progetto di Sc2.0 – anche se avrebbe portato alla sintesi del genoma del mouse o la creazione di suini per il trapianto di organi gente – la gente guidare questa evoluzione in pista. Sc2.0 può diventare il più importante risultato a cui ha portato il lievito. Dopo la birra.