- Cel mai mare genom artificial creat vreodată în laborator
- dă naștere unui organism funcțional
Codul genetic este universal, aproape toate organismele din lumea vie utilizează 64 de codoni. Dintre aceștia, 61 de codoni codifică cei 20 de aminoacizi naturali. Ceilalți 3 codoni au rolul de a stopa citirea mesajului, marchează încetarea sintezei proteice. De aceea, se discută despre o redundanță la nivelul codului genetic. Există mai mulți codoni decât aminoacizi. Un aminoacid poate fi determinat de mai mulți codoni. De exemplu, TTA, TTG, CTT, CTC, CTA, CTG sunt codonii care specifică aminoacidul leucină.
Relația inversă nu este valabilă. Un codon specifică un singur aminoacid. Mai mult decât atât, un alt element esențial este faptul că în codul genetic nu există suprapuneri. Cele trei nucleotide care intră în alcătuirea unui codon nu pot face parte și din codoni adiacenți.
Unii codoni sunt asociați cu un proces de translație mai rapid la nivelul ribozomilor, în timp ce alții sunt translatați mai lent. Astfel, codonii sunt procesați în mod diferit și pot influența asamblarea proteinelor.
Această redundanță nu este întâmplătoare și este utilă în anumite circumstanțe. Unele secvențe de ADN codifică atât o genă cât și o informație importantă pentru reglarea genei, astfel încât apar structuri ARN specifice cu rolul bine precizate. Activitatea genelor este reglată astfel mult mai bine. Anumite mesaje sunt decodificate conduc la apariția anumitor proteine mai ușor decât altfele.
Obiectivul echipei de la Cambridge a fost eliminarea codonilor redundanți pentru a observa setul minim de gene necesare unui organism să funcționeze.
Cum a fost obținut genomul artificial Syn61?
Cercetările au avut loc în cadrul Medical Research Councils (MRC) Laboratory of Molecular Biology și s-a optat pentru secvențierea și modificarea genomului bacteriei E. Coli datorită capacității acesteia de a supraviețui folosind un număr mic de gene.
În peste 18 000 de locuri s-au realizat multiple schimbări ale unor codoni cheie:
- Fiecare codon TCG a fost înlocuit cu AGC, fiecare codon TCA a fost înlocuit cu AGT
- Condonul stop TAG a fost înlocuit cu TAA
Odată ce s-a stabilit secvența genomului artificial, noul cod genetic a fost introdus în celule. Genomul a fost fragmentat în componente mai mici și noile piese au fost introduse treptat.
Anumiți codoni sinonimi determină producerea unor proteine diferite, iar unele caracteristici pot conduce la incapacitatea celulei de a supraviețui.
Mesajul necesar construirii unui organism se află în secvența de piese care alcătuiesc ADN-ul. Odată cu Proiectul Genomului Uman a fost descifrat acest mesaj codificat în cele 3 miliarde de perechi de baze. Citirea ADN-ului a fost, însă, doar primul pas. Genomul poate fi și rescris de la zero.
O echipă de cercetători de la Universitatea Cambridge, condusă de Dr. Jason Chin a rescris în laborator ADN-ul unei specii de E. Coli. Acesta este cel mai mare genom artificial construit vreodată, fiind alcătuit din 4 milioane de perechi de baze, de 4 ori mai mare decât în cazul altor organisme modificate până în prezent. Pentru printarea întregii secvențe ar fi necesare 970 de pagini. Codul genetic al bacteriei se bazează pe 61 de codoni și nu pe 64 cum se întâmplă în toată lumea vie.
Noul organism se numește Syn61 și este mai lung decât bacteria naturală, crește mai lent însă este primul organism viabil cu cele mai multe modificări genomice posibile. Celulele sale produc aceleași proteine, dar folosind un cod genetic diferit. Datele studiului au fost publicate în Nature.
Aplicațiile dezvoltării unor organisme cu genom sintetic ar fi nenumărate, de la obținerea unor bacterii rezistente la infecții virale, până la crearea unor microorganisme care permit preluarea dioxidului de carbon din atmosferă sau producerea de vaccinuri. Echipa de la Cambridge lucrează în prezent la determinarea numărului minim de gene necesare pentru susținerea vieții.
Cum funcționează codul genetic?
Molecula de ADN are ca unități de bază nucleotidele. Există 4 tipuri de nucleotide în funcție de baza azotată pe care o conțin – adenină, timină, guanină și citozină. Codul genetic este setul de reguli care arată modul în care acest „alfabet” molecular alcătuit din 4 litere trebuie să producă cei 20 de aminoacizi naturali care intră în structura proteinelor.
Literele din alfabet capătă sens atunci când formează cuvinte, iar cuvintele formează propoziții. La fel și cele 4 litere din genomul uman sunt citite după reguli specifice pentru a căpăta sens și a construi un organism funcțional.
Francis Crick, unul dintre descoperitorii structurii ADN-ului a propus pentru prima dată conceptul de CODON pentru a defini secvența de nucleotide care dictează construirea unui aminoacid. Trei nucleotide succesive reprezintă un codon.
Articol editat de
Douăzeci și două dintre acestea sunt perechi de cromozomi autozomali, în timp ce cealaltă pereche determină sexul.
Genomul uman haploid ocupă puțin mai mult de 3 miliarde de perechi de bază de ADN. Human Genome Project (HGP) a produs o secvență de referință a genomului uman eucromatic, utilizată în toată lumea în științele biomedicale.
Genomul uman haploid conține circa 23.000 de gene codificante, mult mai puține decât se aștepta la început. De fapt, doar aproximativ 1,5% din genom codifică proteine, restul fiind gene ARN necodificante, șiruri de reglare, introni, și ceea ce se numește junk DNA
Vezi sursa info AICI
Europa este o "cum ar fi pe care am moștenit-o"
Robotul ADN ar putea ucide celulele canceroase
SARS a fost o boală relativ rară; la sfârșitul epidemiei, în iunie 2003
150 de oameni de știință, avocați și antreprenori s-au întâlnit în spatele ușilor închise pentru a discuta despre posibilitatea de a crea
primul genom uman în întregime sintetic.
Întâlnirea, care a stârnit îngrijorarea în multe medii academice și religioase, a avut loc, conform celor de la New York Times, la Harvard Medical School din Boston, iar participanții nu au avut voie să ofere nicio declarație presei și nici să posteze păreri sau impresii pe rețelele de socializare.
Dar dacă este adevărat ? Vezi O Teorie incredicilă !
Genomul uman conține aproximativ 3 miliarde din aceste perechi de baze, care se află în cele 23 de perechi de cromozomi din nucleul tuturor celulelor noastre.
Fiecare cromozom conține sute până la mii de gene, care poartă instrucțiunile pentru fabricarea proteinelor.
Mai puțin de 2% din genomul uman contine secvente codificatoare.Secvența genomului uman este identica in proportie de 99% la toți oamenii.
Ce este secvențierea ADN-ului? Cum s-a reușit descifrarea genomului?
Secvențiere înseamnă determinarea ordinii exacte a perechilor de baze într-un segment de ADN. Cromozomii umani variază ca mărime de la aproximativ 50.000.000 la 300.000.000 perechi de baze.
Metoda primară folosită de HGP pentru a produce versiunea finalizată a codului genetic uman a fost secvențierea pe bază de hartă sau pe baza de BAC. BAC este acronimul pentru „cromozomul artificial bacterian”. ADN-ul uman este fragmentat în bucăți care sunt relativ mari, dar totuși gestionabile ca mărime (între 150.000 și 200.000 de perechi de baze). Fragmentele sunt clonate în bacterii, care stochează și reproduc ADN-ul uman, astfel încât să poată fi preparat în cantități suficient de mari pentru secvențiere. Dacă este ales cu grijă pentru a reduce suprapunerea, este nevoie de aproximativ 20.000 de clone BAC diferite pentru a conține cele 3 miliarde de perechi de baze ale genomului uman.
O colecție de clone BAC care conține întregul genom uman se numește „biblioteca BAC”.
În metoda bazată pe BAC, fiecare clonă BAC este „mapată” pentru a determina de unde provine ADN-ul din clonele BAC din genomul uman. Utilizarea acestei abordări asigură că oamenii de știință știu atât locația precisă a literelor ADN care sunt secvențiate din fiecare clonă, cât și relația lor spațială cu ADN-ul uman secvențiat în alte clone BAC.
Pentru secvențiere, fiecare clonă BAC este tăiată în fragmente încă mai mici, care au aproximativ 2.000 de baze în lungime. Aceste piese se numesc „subclone”. Pe aceste subclone se realizează o „reacție de secvențiere”. Produsele reacției de secvențiere sunt apoi încărcate în mașina de secvențiere (secvențiator). Secvențiatorul generează aproximativ 500 până la 800 de perechi de baze de A, T, C și G din fiecare reacție de secvențiere. Un computer apoi asamblează aceste secvențe scurte în secțiuni continue de secvență reprezentând ADN-ul uman în clona BAC.
Metoda Sanger de secventiere implica sinteza ADN-ului care se realizează în prezența unei catitati limitate de dideoxiribonucleozid-trifosfat (ddNTP) marcat (fluorescent sau radioactiv) care opreste reactia de polimerizare. Astfel se genereza fragmente de mărimi distincte, care indica pozitia fiecarei baze in catena ADN dupa ce acestea sunt separate in gelul de electroforeză.
Recent secvențierea Sanger a fost parțial înlocuită de secvențierea de nouă generație (NGS) deoarece aceasta este mai rapida si mai cost-eficienta. Insa, secvențierea Sanger inca se foloseste, pentru validarea anumitor rezultate obtinute prin NGS, sau pentru secventierea fragmentelor mai lungi de ADN ( care au peste 500pb) sau pentru secventierea unor regiuni mai mici.
Curtea Supremă a decis în 2013 că genele umane care nu apar în mod natural nu sunt o invenție și, prin urmare, nu pot fi brevetate. Cu toate acestea, companiile private pot solicita brevete pentru gene editate sau sintetice, care au fost modificate în mod semnificativ din versiunile lor naturale, pentru a considera un produs nou, brevetabil. (HGP)
Vezi sursa info AICI