Bộ gen vi khuẩn đầu tiên được tạo ra hoàn toàn bằng máy tính

Viết bởi huib - 25/02/2020

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

Tags

Viện Công nghệ sinh học

Cuộc cách mạng kỹ thuật số trong sinh học, chủ yếu dựa trên các công nghệ đọc trình tự mới, cho phép chúng ta đọc trình tự DNA của vô số vi khuẩn và các sinh vật đa bào trên thế giới. Ngày nay, trình tự DNA của hơn 200.000 hệ gen vi sinh vật được gửi đến cơ sở dữ liệu hệ gen, điều này làm tăng những hiểu biết của con người về cách thức DNA điều khiển cơ thể sống. Sử dụng nguồn tài nguyên khổng lồ này, các kỹ sư sinh học đã học cách đọc (trình tự) và viết (sử dụng tổng hợp hóa học) các phân tử DNA dài và tạo ra các vi khuẩn có ích với sự trợ giúp của máy tính.

Trong nghiên cứu của mình, Beat Christen và các cộng sự tại Phòng thí nghiệm Christen, ETH Zurich (Zurich, Thụy Sĩ) đã sử dụng các thuật toán để thiết kế, kết hợp với tổng hợp DNA hóa học đoạn kích thước lớn để tạo ra các bộ gen nhân tạo đồng thời tìm hiểu mã di truyền ở mức độ phân tử. Nhóm tác giả cũng sử dụng các cách tiếp cận dựa trên sinh học hệ thống và sinh học tổng hợp để xác định các gen thiết yếu giữa các loài, là cơ sở di truyền để xây dựng bộ gen vi sinh vật ứng dụng trong hóa học, y học và nông nghiệp bền vững.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra Caulobacter ethensis-2.0, đây là bộ gen do máy tính tạo ra hoàn toàn đầu tiên trên thế giới. Các tác giả đã sử dụng một loại vi khuẩn nước ngọt tự nhiên làm điểm khởi đầu là Caulobacter crescentus, sau đó tính toán trình tự DNA lý tưởng cho việc sản xuất hóa học. Bộ gen cũng chỉ được xây dựng ở mức tối thiểu với các chức năng thiết yếu cho hoạt động sống. Trong quá trình thiết kế, hơn một phần sáu trong tổng số 800.000 nucleotide của bộ gen nhân tạo đã được thay thế và toàn bộ bộ gen được tạo ra như một phân tử DNA dạng vòng lớn. Trong khi tế bào sống chưa tồn tại, chức năng của các gen trên toàn bộ bộ gen thiết kế đã được thử nghiệm. Trong các thí nghiệm này, các tác giả phát hiện rằng khoảng 580 trong tổng số 680 gen nhân tạo có chức năng giống như mong muốn khi thiết kế.