JCVI-syn3A wächst und teilt sich unter einem Lichtmikroskop. (NIST/MIT) In einer neuen Gentechnik haben Wissenschaftler einen einzelligen synthetischen Organismus entwickelt, der ähnlich wie eine normale Zelle wächst und sich teilt und dabei Aspekte des Zellteilungszyklus nachahmt, der einem gesunden Zellleben zugrunde liegt und dieses erzeugt.
Die Leistung, die in einer manipulierten einzelligen, bakterienähnlichen Lebensform namens JCVI-syn3A demonstriert wird, ist das Ergebnis jahrzehntelanger Genomsequenzierung und -analyse durch Wissenschaftler, die die Rolle einzelner Gene in Lebewesen erforschen.
„Unser Ziel ist es, die Funktion jedes Gens zu kennen, damit wir ein vollständiges Modell der Funktionsweise einer Zelle entwickeln können.“ sagt Biophysiker James Pelletier vom MIT und dem National Institute of Standards and Technology (NIST).
Während die Wurzeln der Arbeit sein können bis in die 1990er Jahre zurückverfolgt werden Die jüngsten Fortschritte wurden in diesem Jahrhundert erzielt, wobei die Forscher 2003 erfolgreich waren Synthese eines kleinen Virus das Bakterien infiziert.
Dies führte 2010 mit Wissenschaftlern des J. Craig Venter Institute (JCVI) in Maryland zu einem neuen Durchbruch Entwurf der ersten synthetischen Bakterienzelle , genannt JCVI-syn1.0: der erste Organismus auf der Erde mit einem vollständig synthetischen Genom, das durch Entfernen der natürlichen DNA aus dem Bakterium hergestellt wurde Mycoplasma mycoides .
Einige Jahre später machte das Team einen weiteren Schritt vorwärts und schuf im Labor eine Bakterienart mit einem genetischen Code kleiner als alles, was in der Natur vorkommt .
Dieser Organismus, genannt JCVI-syn3.0 , besaß insgesamt nur 473 Gene – kürzer als jeder bekannte autarke, lebende Organismus in der natürlichen Welt.
Doch während der miniaturisierte genetische Werkzeugsatz von JCVI-syn3.0 es ihm ermöglichte, sich durch Zellteilung zu verewigen, tat er dies auf ungewöhnliche Weise und produzierte „auffällige morphologische Variation“ in den neu entstandenen Zellen, die in unterschiedlichen Formen und Größen entstanden.
Jetzt haben Mitglieder desselben Forschungsteams mit einer neu modifizierten Variante von JCVI-syn3.0, bekannt als JCVI-syn3A, einen Weg gefunden, das Auftreten dieser seltsamen Morphologien zu verhindern.
Durch die Hinzufügung von 19 Genen, die in JCVI-syn3.0 nicht vorhanden sind, ist das neumodische JCVI-syn3A in der Lage, die Zellteilung auf eine normaler aussehende, konsistentere Weise zu durchlaufen, mit deutlich geringeren morphologischen Variationen als bei JCVI-syn3.0.
Trotz der mehrjährigen Arbeit, die hinter dieser Errungenschaft steckt, stecken immer noch viele Geheimnisse hinter diesen Genen.
Während beispielsweise JCVI-syn3A über 19 neue Gene verfügt, wird angenommen, dass nur sieben Gene eine Rolle dabei spielen, dass seine Zellteilungsprozesse regelmäßiger ablaufen. Und von diesen sieben Genen wurden nur zwei Gene – ftsZ und sepF – in ihrer Funktion identifiziert.
Wie die anderen fünf unbedingt zur morphologischen Konsistenz von JCVI-syn3A beitragen, bleibt unbekannt, aber eines ist sicher: Dieses winzige Genom stellt jetzt den neuen Standard für Experimente dar, der uns helfen könnte, genau zu charakterisieren, was diese Gene in Organismen tun.
„JCVI-syn3A bietet somit ein überzeugendes Minimalmodell für die Bakterienphysiologie und eine Plattform für die technische Biologie im Allgemeinen“, so die Forscher erklären in ihrer Arbeit .
Oder anders ausgedrückt: Elizabeth Strychalski, Leiterin der Cellular Engineering Group des NIST, sagt : „Wir wollen die grundlegenden Gestaltungsregeln des Lebens verstehen.“ Wenn diese Zelle uns helfen kann, diese Regeln zu entdecken und zu verstehen, dann sind wir auf dem Weg zu den Rennen.“
Über die Ergebnisse wird berichtet Zelle .