Seitdem die Sumerer zum ersten mal ein Bier trinken wollten, und das war vor tausenden von Jahren, Homo sapiens haben enge Beziehungen mit Sacharomyces cerevisae, Einzellige Pilze besser bekannt als Bierhefe. Durch die Fermentation Leute verwenden konnten diese mikroskopische Blick für Ihre Ziele. Heutzutage Hefe-Zellen produzieren Ethanol und Insulin, auf Ihnen stellen die Experimente in den Labors.
Das bedeutet nicht, dass S. cerevisiae nicht mehr verbessern – jedenfalls nach Meinung von Jeff Elegant. Der Direktor des Instituts für genetische Systeme bei der New York University leitet Elegant internationalen Team von Hunderten von Menschen, deren Aufgabe das synthetisieren von 12,5 Millionen genetischen Buchstaben, aus denen sich das Genom der Hefezellen.
In der Praxis bedeutet das allmähliche Ersetzung jedes Chromosoms Hefe – und solche 16 – chemisch synthetisierte DNA. Elegant und seine Kollegen aus fast zehn Institutionen ordnen das Genom der Hefe und ermöglichen den Wissenschaftlern seine Gene mischen nach eigenem Ermessen. Schließlich synthetische Hefe – Sc2.0 – es werden ganz eingestellt werden.
«In den nächsten 10 Jahren synthetische Biologie produzieren alle Arten von verbindungen und Materialien mit Mikroorganismen», sagt Elegant. «Wir hoffen, dass unsere Hefen spielen dabei eine große Rolle».
Denken Sie über dieses Projekt als so etwas wie das erste Auto von Henry Ford – Händen zusammengebaut und Unikat. Eines Tages allerdings werden wir ganz normal Genome die Technik auf den Bildschirmen. Anstatt zu entwickeln oder sogar Bearbeiten DNA des Organismus, es wäre einfacher, nur drucken Sie eine neue Kopie. Stellen Sie Designer-Algen, die Herstellung von Kraftstoff; störungsfreien Organe; auferstandenen ausgestorbene Arten.
«Ich denke, es könnte groß sein, als Raum-oder Computer-Revolution», sagt George Church, der das Genom an der Harvard School of medicine.
Zuvor hatten Wissenschaftler bereits synthetisierten genetischen Anweisungen, die für die Steuerung der Viren und Bakterien. Aber Hefe-Zellen эукариотны, also speichern Ihre Genome in den Zellkern und binden Sie in den Chromosomen als Menschen. Ihre Genome auch viel mehr.
Und das ist ein Problem, weil die Synthetisierung von DNA nicht so Billig wie beschreiben. Das menschliche Genom kann heute секвенировать für 1000 Dollar, und der Preis fällt ständig. Aber zu ersetzen jeden Buchstaben der DNA in Hefe, Elegant müssen 1,25 Millionen US-Dollar. Fügen Sie die Arbeitskosten und Berechnungen zu den Gesamtkosten des Projekts.
Zusammen mit Черчем und anderen leitet Elegant GP-write, Organisation, setzt sich für den internationalen Studien, die eine Verminderung der Kosten für Design, Entwicklung und Test von genomen tausendmal für die nächsten zehn Jahre. «Wir stehen mit allen möglichen Problemen wie Aussehen, und die Biologie kann uns helfen stark auf diesem Planeten», sagt er. «Aber nur, wenn wir reduzieren die Kosten».
«Von unten nach oben»
Wissenschaftler namens Ronald Davis von der Stanford zum ersten mal vorgeschlagen die Möglichkeit der Synthese des Genoms der Hefe auf der Konferenz im Jahr 2004. Doch in diesem Moment Elegant keinen Grund. «Warum sollte jemand etwas brauchen würde, es zu tun?», — so dachte er damals.
Aber Elegant kam ich auf den Gedanken, dass die Herstellung des Genoms der Hefe kann der beste Weg zu verstehen, den Körper. Ersetzen jeden Teil, können Sie herausfinden, welche Gene benötigt werden, und ohne den Körper Leben kann. Einige Mitglieder des Teams nennen diese Idee «bauen, um zu verstehen».
«Das ist eine ganz andere Art und Weise zu verstehen, wie sind Lebewesen», sagt Leslie Mitchell, verdienten Labor NYU und einer der führenden Entwickler der synthetischen Hefe. «Wir wissen, welche Lücken in unserem wissen vorhanden sind, die Anwendung der Bottom-up-Ansatzes in der Genetik».
Joel Bader, Informatiker an der Johns Hopkins University, entwickelt eine Software, die Wissenschaftler sehen die Chromosomen der Hefe auf dem Bildschirm und verfolgen die Versionen im Laufe der Zeit ändern, ob in der biologischen Google Docs. Im Jahr 2008, um DNA, Elegant startete der Bachelor-Kurs an der Universität unter dem Namen «Build-gen» (Build a Genome). Die Schüler mussten lernen grundlegende Molekularbiologie, sammeln kontinuierlichen Band aus 10 000 Buchstaben der DNA, die gehen mussten in das Projekt nach der Bildung der synthetischen Hefe. Ein wenig später mehrere Institute aus China dem Projekt angeschlossen haben, und hinter Ihnen zogen die Engländer, die Australier und die Japaner.
«Wir verteilen die Chromosomen einzelne Teams, wie die Kapitel der Bücher, und Sie sind frei, zu entscheiden, was mit Ihnen zu tun, aber so, dass es auf 100% entsprach unseren Aufgaben», sagt Patrick Kai, synthetische Biologe an der Universität von Manchester, internationaler Koordinator des Projektes mit Hefe.
Die folgenden Schritte
Elegant und sein Team es dauerte acht Jahre, um Sie endlich vorstellen konnten seine erste vollständig künstliche Hefe-Chromosom. Seitdem ist das Projekt beschleunigt. Im März des vergangenen Jahres noch fünf synthetischen Chromosomen der Hefe beschrieben wurden in der Sammlung von Artikeln in Science und Elegant erklärt, dass alle 16 Chromosomen in der heutigen Zeit bereit, auf 80 Prozent. Diese Bemühungen haben zu sammeln die größte Menge des genetischen Materials, die jemals synthetisiert und dann Joint.
Geholfen und die Tatsache, dass das Genom der Hefe erwies sich als äußerst resistent gegen Visionen und Veränderungen des Teams. «Wahrscheinlich der größte Durchbruch ist die Tatsache, dass man quälen gen, wie man will, die Hefe wird einfach lachen», sagt Elegant.
Elegant und seine Kollegen nicht einfach ersetzt das Natürliche Genom der Hefe synthetisch. «Nur eine Kopie wäre dumm», sagt Church. In der DNA dieses Organismus Sie legten auch die molekularen Lücken, als ob eine unsichtbare Lücken in den Ringen des Zauberers. Es erlaubt Ihnen zu mischen Chromosomen der Hefe «wie ein Kartenspiel», sagt Kai. Dieses System ist jetzt bekannt als SCRaMbLE (synthetic chromosome recombination and modification by LoxP-mediated evolution).
Das Ergebnis ist eine Hochgeschwindigkeits-Evolution, die Kräfte des Menschen: Millionen neue Stämme von Hefen mit unterschiedlichen Eigenschaften können Sie prüfen im Labor und finden Sie Anwendung in Medizin und Industrie. Mitchell sagt, dass Sc2.0 mit der Zeit verdrängen alle anderen Hefen in den wissenschaftlichen Labors.
Der endgültige Erbe des Projekts Elegant kann die Entscheidung, welche Genom zu synthetisieren, den. Eine Gruppe von GP-write ursprünglich angenommen, dass die Schaffung eines synthetischen Genoms des Menschen kann der «gewaltigen Aufgabe». Aber einige der Bioethik in Frage gestellt und gründlich kritisierten diesen Plan. Elegant betont, dass die Gruppe «nicht tun wird das Projekt zielte auf die Schaffung des Menschen mit synthetischem Genom». Also keine Designer-Menschen.
Aber wenn man ethische überlegungen, die Synthese des vollständigen menschlichen Genoms, die das 250-fache des Genoms der Hefe, unpraktisch mit der Anwendung moderner Methoden. Auch solche Bemühungen nicht erhalten Finanzierung. Die Arbeit Elegant mit Hefe National Science Foundation finanziert und Forschungseinrichtungen, aber grandiose Initiative GP-write nicht angezogen bedeutende Unterstützung, außer der ursprünglichen Spende in Höhe von 250 000 US-Dollar von der Computer-Firma Autodesk. Vergleichen Sie dies mit dem Human Genome Project, die hat mehr als 3 Milliarden US-Dollar als Finanzierung.
«Es ist eine Revolution, das wollen wir nicht verschlafen», sagt Church. «Wenn die Bundesregierung und alle 50 Staaten wollen nicht, dies zu tun, werden wir ernten, was wir säen. Wir bleiben hinter».
Inzwischen, die Arbeit geht weiter, der Basis für die Basis. Unter der umschlge der Zeitschriften und Gruppenfotos Elegant hält ein Angebot an den Türen seines Büros, die Genetik zuschreiben Theodosius Добжанскому: «Nichts in der Biologie macht keinen Sinn, außer im Lichte der Evolution». Egal wie grandios war das Projekt nicht Sc2.0 – auch wenn zur Synthese geführt hätte Genoms der Maus oder der Schaffung Schweine für Organtransplantation Menschen – nämlich Menschen begleiten diese Entwicklung in die richtige Richtung. Sc2.0 kann eine zweite wichtigste Errungenschaft, zu der Hefe führte. Nach einem Bier.
In der Zukunft werden wir nicht Bearbeiten gen. Wir erstellen eine neue
Ilja Hel