Penyelidik dari Majlis Penyelidikan Perubatan England, Laboratorium Biologi Molekul telah berjaya mencipta bakteria E. coli dengan DNA buatan manusia yang sepenuhnya, menandakan peristiwa penting dalam bidang biologi sintetik yang berkembang dan membuka jalan untuk inovasi masa depan yang dibina di atas bakteria "pereka" .
Menurut satu kajian baru yang diterbitkan dalam jurnal Nature, genom sintetik adalah yang paling besar dari jenisnya. Produk kempen penyelidikan selama dua tahun, DNA yang direka bentuk semula terdiri daripada empat juta segmen-empat kali lebih banyak daripada pemegang rekod sebelumnya. Mungkin yang paling mengagumkan, bakteria mengandungi hanya 61 kodon, berbanding dengan 64 yang terdapat di hampir semua makhluk hidup. Walaupun perbezaannya kelihatan seperti ini, bakteria sintetik kelihatan berfungsi seperti E. coli biasa . Perbezaan utama, seperti laporan The New York Times 'Carl Zimmer, adalah kadar pertumbuhan yang lebih perlahan dan panjang yang lebih panjang.
"Tidak benar sama ada kemungkinan untuk membuat genom ini besar dan sama ada ia mungkin untuk mengubahnya begitu banyak, " kata penerbit bersama Jason Chin, seorang ahli biologi di University of Cambridge, memberitahu sampel Ian Guardian .
Tetapi sebagai Tom Ellis, pengarah Pusat Biologi Sintetik di Imperial College London dan pengulas kajian, menjelaskan kepada Ryan Mandelbaum dari Gizmodo, usaha pasukan itu akhirnya memuncak dalam "pasukan pelancongan" untuk bidang: "Mereka disintesis, dibina dan menunjukkan bahawa genom sintetik pasangan 4 juta boleh bekerja, "kata Ellis. "Ia lebih daripada yang pernah dilakukan oleh sesiapa."
Untuk "mengitar semula" genom, saintis mesti memanipulasi 64 kodon, atau gabungan tiga huruf dari molekul DNA A, T, C dan G-pendek untuk adenine, timin, sitosin dan guanine-yang menghidupkan semua organisma hidup. Memandangkan setiap satu daripada tiga kedudukan dalam kodon boleh memegang mana-mana empat molekul, terdapat 64 kombinasi yang mungkin (4 x 4 x 4). Gabungan ini, sebaliknya, sesuai dengan asid amino tertentu, atau sebatian organik yang membina protein yang diperlukan untuk hidup. TCA, sebagai contoh, sesuai dengan serine asid amino, sementara AAG menentukan lisin. TAA bertindak sebagai tanda berhenti jenis, memberi isyarat kepada organisme untuk berhenti menambahkan asid amino kepada protein yang sedang berkembang, STAT Sharon Begley menerangkan.
Terdapat satu lagi tangkapan untuk proses yang sudah kompleks ini: Oleh kerana terdapat hanya 20 asid amino yang dikaitkan dengan kod genetik, kodon berganda dapat sesuai dengan satu asid. Sebagai contoh, Serine dikaitkan dengan bukan sahaja TCA, tetapi AGT, AGC, TCT, TCC dan TCG. Seperti yang ditulis oleh John Timmer Ars Technica, yang tidak sepadan dengan jumlah kodon berbanding asid amino menjadikan 43 kodon sebahagian besarnya melampau. Walaupun sel menggunakan set tambahan sebagai kod berhenti, alat pengawalseliaan dan laluan yang lebih efisien ke arah pengekodan protein tertentu, hakikatnya masih banyak yang berlebihan.
Menentukan betapa banyaknya kodon tambahan yang memerlukan percubaan dan kesilapan yang luas. Chin memberitahu Begley, "Ada banyak cara yang mungkin anda dapat mengitar semula genom, tetapi banyak daripada mereka bermasalah: Sel mati."
Untuk menghasilkan genom sintetik yang berjaya, Chin dan rakan-rakannya menggantikan setiap contoh seramik kodon TCG dan TCA dengan AGC dan AGT. Pasukan ini juga menggantikan setiap kodon TAG, menandakan berhenti, dengan TAA. Akhirnya, nota Zimmer The New York Times, DNA yang direkodkan menggunakan empat kodon serina daripada kodon empat dan dua berhenti daripada tiga. Nasib baik, saintis tidak perlu menyelesaikan kerja ini dengan tangan. Sebaliknya, mereka membuat penggantian sebanyak 18.214 dengan merawat kod E. coli seperti fail teks yang besar dan melaksanakan fungsi mencari dan menggantikan.
Memindahkan DNA sintetik ke dalam bakteria terbukti menjadi tugas yang lebih sukar. Memandangkan panjang dan kerumitan genom, pasukan itu tidak dapat memasukkannya ke dalam sel dalam satu percubaan; Sebaliknya, saintis mendekati pekerjaan secara bertahap, dengan sungguh-sungguh memecahkan genom tersebut dan memindahkannya ke dalam bakteria sedikit demi sedikit.
Pencapaian penyelidik adalah dua kali, kata Chin dalam satu wawancara dengan Antonio Regalado Kajian MIT Technology Review . Bukan sahaja genom yang direka bentuk semula sebagai "pencapaian teknikal, " tetapi ia juga "memberitahu anda sesuatu yang mendasar tentang biologi dan betapa mudahnya kod genetiknya."
Menurut Sampel Guardian, penyelidikan dapat membantu saintis membuat bakteria tahan virus yang digunakan untuk industri biopharmaceutical; E. coli sudah digunakan untuk membuat insulin dan sebatian perubatan yang merawat kanser, sklerosis berganda, serangan jantung dan penyakit mata, tetapi terima kasih kepada keraguan DNA bukan sintetik kepada virus tertentu, pengeluaran dapat dengan mudah terhenti.
Satu lagi implikasi utama pusat kajian terhadap asid amino. Sebagaimana yang ditulis oleh BBC News 'Roland Pease, penggunaan genom E. coli daripada 61 daripada 64 kodon mungkin meninggalkan tiga terbuka untuk pemrograman semula, membuka pintu untuk "blok bangunan yang tidak wajar" yang mampu melaksanakan fungsi yang mustahil sebelum ini.
Bercakap dengan Zimmer, Finn Stirling, ahli biologi sintetik di Sekolah Perubatan Harvard yang tidak terlibat dalam penyelidikan baru, menyimpulkan, "Secara teori, anda boleh mengulangi apa-apa."
