Nghiên cứu Y - Dược Thứ ba, ngày 14/11/2023

Nấm men với hơn một nửa bộ gen tổng hợp được tạo ra trong phòng thí nghiệm

Các nhà nghiên cứu đã kết hợp hơn bảy nhiễm sắc thể tổng hợp được tạo ra trong phòng thí nghiệm thành một tế bào nấm men duy nhất, tạo ra một chủng nấm men có hơn 50% DNA tổng hợp có thể tồn tại và sao chép tương tự như các chủng nấm men hoang dã.
Ảnh minh họa
Ảnh minh họa
 Nhóm nghiên cứu đã trình bày loại men bán tổng hợp vào ngày 8 tháng 11 trên tạp chí Tế bào như một phần của bộ sưu tập các bài báo về Tế bào , Tế bào phân tử và Bộ gen tế bào giới thiệu Dự án bộ gen nấm men tổng hợp (Sc2.0), một tập đoàn toàn cầu đang làm việc để phát triển loại men này. bộ gen sinh vật nhân chuẩn tổng hợp đầu tiên từ đầu. Nhóm nghiên cứu hiện đã tổng hợp và gỡ lỗi tất cả 16 nhiễm sắc thể nấm men.

Đồng tác giả và nhà sinh học tổng hợp Patrick Yizhi Cai thuộc Đại học Manchester, đồng thời là tác giả chính của hai bài báo khác trong bộ sưu tập, cho biết: “Động lực của chúng tôi là tìm hiểu các nguyên tắc cơ bản đầu tiên của bộ gen bằng cách xây dựng bộ gen tổng hợp”. "Nhóm nghiên cứu hiện đã viết lại hệ điều hành của nấm men đang phát triển, mở ra một kỷ nguyên mới của kỹ thuật sinh học - chuyển từ việc mày mò một số ít gen sang thiết kế và xây dựng toàn bộ bộ gen . "

Mặc dù bộ gen của vi khuẩn và virus đã được tổng hợp trước đây, nhưng đây sẽ là bộ gen sinh vật nhân chuẩn tổng hợp đầu tiên, mang đến sự phức tạp của nhiều nhiễm sắc thể. Nấm men tổng hợp cũng là một bộ gen "được thiết kế" khác biệt đáng kể so với bộ gen Saccharomyces cerevisiae (men bia hoặc men làm bánh) tự nhiên mà nó dựa vào.

Jef Boeke, một nhà sinh học tổng hợp tại NYU Langone Health, cho biết: “Chúng tôi quyết định rằng điều quan trọng là phải tạo ra thứ gì đó được sửa đổi rất nhiều so với thiết kế của tự nhiên”. “Mục đích bao quát của chúng tôi là tạo ra một loại men có thể dạy chúng ta sinh học mới.”

Để đạt được mục tiêu này, các nhà nghiên cứu đã loại bỏ các đoạn DNA không mã hóa và các phần tử lặp đi lặp lại có thể được coi là "rác", thêm các đoạn DNA mới để giúp chúng dễ dàng phân biệt giữa gen tổng hợp và gen bản địa, đồng thời giới thiệu một bộ tạo đa dạng tích hợp có tên là "SCRaMbLE" xáo trộn thứ tự các gen trong và giữa các nhiễm sắc thể.


Để tăng tính ổn định của bộ gen, nhóm nghiên cứu cũng loại bỏ nhiều gen mã hóa RNA chuyển (tRNA) và chuyển chúng sang một "neochromosome" hoàn toàn mới chỉ bao gồm các gen tRNA. Cai cho biết : “TRNA neochromosome là nhiễm sắc thể tổng hợp hoàn toàn mới đầu tiên trên thế giới ”. "Không có gì như thế này tồn tại trong tự nhiên."

Vì bộ gen của nấm men được tổ chức thành 16 nhiễm sắc thể nên các nhà nghiên cứu bắt đầu bằng cách tập hợp từng nhiễm sắc thể một cách độc lập để tạo ra 16 chủng nấm men tổng hợp một phần, mỗi chủng chứa 15 nhiễm sắc thể tự nhiên và một nhiễm sắc thể tổng hợp. Thử thách tiếp theo là bắt đầu kết hợp các nhiễm sắc thể tổng hợp này thành một tế bào nấm men duy nhất.

Để làm điều này, nhóm của Boeke bắt đầu bằng cách sử dụng một phương pháp gợi nhớ đến đậu Hà Lan của Mendel: về cơ bản, các nhà nghiên cứu đã lai tạo các chủng nấm men tổng hợp một phần khác nhau và sau đó tìm kiếm trong thế hệ con cháu của chúng những cá thể mang cả hai nhiễm sắc thể tổng hợp. Mặc dù hiệu quả nhưng phương pháp này diễn ra rất chậm nhưng nhóm nghiên cứu đã dần dần hợp nhất tất cả các nhiễm sắc thể được tổng hợp trước đó - sáu nhiễm sắc thể đầy đủ và một nhánh nhiễm sắc thể - vào một tế bào duy nhất. Chủng nấm men thu được có hơn 31% tổng hợp, có hình thái bình thường và chỉ có những khiếm khuyết nhỏ về tăng trưởng so với loại nấm men hoang dã.

Để chuyển các nhiễm sắc thể cụ thể giữa các chủng nấm men hiệu quả hơn, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp mới gọi là thay thế nhiễm sắc thể. Phương pháp này sẽ được thảo luận trong một bài báo khác trong bộ sưu tập mới. Để chứng minh khái niệm, họ đã sử dụng sự thay thế nhiễm sắc thể để chuyển một nhiễm sắc thể mới được tổng hợp (nhiễm sắc thể IV, nhiễm sắc thể lớn nhất trong số các nhiễm sắc thể tổng hợp), tạo ra một tế bào nấm men có 7,5 nhiễm sắc thể tổng hợp có tỷ lệ tổng hợp hơn 50%.

Khi các nhiễm sắc thể tổng hợp được hợp nhất thành một chủng nấm men duy nhất, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một số khiếm khuyết di truyền hoặc "lỗi" không thể nhìn thấy ở các chủng nấm men chỉ mang một nhiễm sắc thể tổng hợp. Boeke nói: “Về nguyên tắc, chúng tôi biết rằng điều này có thể xảy ra - rằng chúng tôi có thể có một số lượng lớn những thứ có tác động rất nhỏ và khi bạn đặt tất cả chúng lại với nhau, nó có thể dẫn đến cái chết bởi hàng nghìn vết cắt”.

Một số lỗi này đơn giản là do tác động cộng gộp của việc có nhiều khiếm khuyết nhỏ trong bộ gen, trong khi những lỗi khác liên quan đến tương tác di truyền giữa các gen trên các nhiễm sắc thể tổng hợp khác nhau. Các nhà nghiên cứu đã có thể lập bản đồ và khắc phục một số lỗi này, đồng thời tăng khả năng hoạt động của nấm men tổng hợp bằng cách sử dụng phương pháp dựa trên CRISPR/Cas9.

Boeke cho biết: “Bây giờ chúng tôi đã chứng minh rằng về cơ bản chúng tôi có thể hợp nhất một nửa bộ gen với khả năng thích hợp tốt, điều này cho thấy rằng đây sẽ không phải là một vấn đề lớn”. "Và từ việc gỡ lỗi, chúng ta học được những thay đổi mới về các quy luật của cuộc sống."

Bước tiếp theo sẽ là tích hợp các nhiễm sắc thể tổng hợp còn lại. Boeke nói: “Bây giờ chúng ta chỉ còn cách xa mục tiêu có tất cả 16 nhiễm sắc thể trong một tế bào”. “Tôi muốn gọi đây là sự kết thúc của sự khởi đầu, không phải sự bắt đầu của sự kết thúc, bởi vì đó là lúc chúng ta thực sự có thể bắt đầu xáo trộn bộ bài đó và tạo ra loại men có thể làm được những điều mà chúng ta chưa từng thấy trước đây. "


Nguồn Cell Press .
- Thuocbietduoc.com.vn cung cấp thông tin về hơn 30.000 loại thuốc theo toa, thuốc không kê đơn. - Các thông tin về thuốc trên Thuocbietduoc.com.vn cho mục đích tham khảo, tra cứu và không dành cho tư vấn y tế, chẩn đoán hoặc điều trị. - Khi dùng thuốc cần tuyệt đối tuân theo theo hướng dẫn của Bác sĩ
- Chúng tôi không chịu trách nhiệm về bất cứ hậu quả nào xảy ra do tự ý dùng thuốc dựa theo các thông tin trên Thuocbietduoc.com.vn
Thông tin Thuốc và Biệt Dược
- Giấy phép ICP số 235/GP-BC.
© Copyright Thuocbietduoc.com.vn
- Email: contact.thuocbietduoc@gmail.com