Minigenomy

Wielu naukowców próbuje stworzyć minimalny genom, mając nadzieję, że w ten sposób uzyskają organizm, którego zastosowanie w biotechnologii będzie prostsze, niż w przypadku zwykłych organizmów. Taki organizm – najlepiej bez genów, których funkcje nie są znane – powinien być bardziej przewidywalny i łatwiejszy do kontrolowania, niż jego odpowiednik posiadający pełen genom. Oczywiście minimalny genom zawierałby też geny, które choć może niekonieczne do życia, są niezbędne z punktu widzenia biotechnologii. Długość możliwych do zsyntetyzowania fragmentów DNA także się zwiększa, więc niektórzy marzą o tym, żeby taki minigenom zsyntetyzować zupełnie od zera i stworzyć nowe życie na potrzeby nauki.

Zamieszkująca nasze jelita Escherichia coli, czyli pałeczka okrężnicy, jest wykorzystywana w biologii molekularnej i w biotechnologii. Na życzenie (i po drobnych manipulacjach w jej genomie) może produkować wiele rekombinowanych białek. Pierwsze komercyjne zastosowanie to wykorzystanie jej do wytwarzania rekombinowanej insuliny, którą zaczęto podawać ludziom w 1982 r. Genom tej bakterii poznano w 1997 r, ale nadal nie wiadomo, do czego służy 40% jej genów. Ze względu na jej rozliczne zastosowania znalazła się też w polu zainteresowań badaczy minimalnych genomów.

Porównanie 23 szczepów E. coli pozwoliło na stworzenie listy 2600 konserwowanych między nimi genów – prawdopodobnie zestawu niezbędnego tej bakterii do życia i bycia sobą. Japończycy próbujący zmniejszyć genom szczepu K-12 zeszli z 4,6 do 3,6 mln par zasad, i z około 4500 do 3300 genów. Stworzony przez nich szczep MGF01 rośnie lepiej, niż ten wyjściowy. Na obrazku przedstawiony jest schemat genomu E. coli, gdzie niebieskim zaznaczono usunięte fragmenty, natomiast czerwonym – geny, które nie są konserwowane między różnymi szczepami. Inne wyniki sugerują, że zaledwie kilkaset (300 – 600) genów jest naprawdę niezbędnych – nie daje się uzyskać bakterii, u których te geny są uszkodzone. Również w przypadku innej bakterii zwanej Bacillus subtilis ta liczba wynosi około 300 spośród ok. 4100 genów.

Szukaniem minimalnego genomu oraz syntezą genomów od zera zajmuje się również Craig Venter, ten sam, którego osobisty genom niedawno zsekwencjonowano i udostępniono wszystkim zainteresowanym. W 2003 Venter przedstawił zsyntetyzowany od zera genom bakteriofaga ΨX174 (5386 par zasad). Nie on jeden próbuje zrobić genom z niczego – inny zespół zsyntetyzował genom wirusa polio, który ma długość 7,5 tys par zasad. Szukając możliwości stworzenia najmniejszego genomu Venter nie zainteresował się jednak E. coli. Zamiast niej wybrał bakterię Mycoplasma genitalium. Organizm ten zajmował pierwsze miejsce w kategorii „najmniejszy genom” (oczywiście nie licząc wirusów) aż do 2002, kiedy odkryto Nanoarcheum equitans. Genom M. genitalium ma zaledwie 580 tys par zasad i zawiera mniej niż 500 genów kodujących białka. W zeszłym roku zespół Ventera opublikował wyniki, według których do funkcjonowania tego mikroorganizmu niezbędne są jedynie 382 geny. Niedawno zaś złożył wniosek patentowy o ochronę zestawu tych 382 genów oraz zawierającego je organizmu, oraz kilku dodatkowych genów, które umożliwiałyby wykorzystanie takiej bakterii do produkcji wodoru lub etanolu, czyli jako źródło energii. Już słychać głosy, że taki organizm nie powinien podlegać patentowaniu. Z patentu nie wynika, czy taka zbudowana od zera „Mycoplasma laboratorium” już powstała, ale może już pojawiło się życie stworzone przez Ventera?