Минимальные геномы и синтетические клетки

Две программы подходят к одному вопросу с противоположных сторон. Нисходящая убирает гены из живого организма, пока дальнейшее удаление не станет смертельным. Восходящая собирает клеткоподобную систему из очищенных компонентов и спрашивает, что нужно добавить, чтобы она стала живой. Ни одна не завершена, и разрыв между ними — честная мера того, насколько хорошо поле понимает, что такое клетка.

Что установил сокращённый геном

Опорный результат — JCVI-syn3.0, полученный из Mycoplasma mycoides, организма, выбранного за уже очень малый геном и отсутствие клеточной стенки. Его геном синтезировали химически, собрали в дрожжах и пересадили в клетку-реципиента, лишённую собственного генома, так что получившимся организмом управляла одна лишь синтетическая хромосома. Сокращение шло раундами проектирования, сборки и проверки, а транспозонный мутагенез подсказывал, какие гены терпят разрушение. В итоге осталось 473 гена, и это самовоспроизводящаяся клетка.

Важен здесь не сам этот счёт. Примерно пятой части оставленных генов не удалось приписать функцию: удалить их без потери жизнеспособности было нельзя, а сказать, что они делают, никто не мог. Это прямое высказывание о пределах аннотации: сходство последовательностей, рабочая лошадь функционального вывода, отказывает на заметной доле генов, без которых бактерия не живёт. Позднейшие работы часть из них расшифровали, но общий вывод остался.

Программа прояснила и само понятие существенности. Квазисущественный ген — тот, чья утрата не смертельна, но резко замедляет рост; убрать многие такие гены поодиночке можно, а вместе нельзя. Существенность, стало быть, относительна к среде, температуре и допускаемой скорости роста: минимальный геном минимален для оговорённых условий, а более богатая среда позволяет геном ещё меньше. Кроме того, syn3.0 рос медленно и делился в клетки неправильной формы, пока не вернули небольшой набор генов, — то есть нормальное деление зависит от генов, которые проверка на жизнеспособность считает необязательными.

Восходящий путь и то, чего в нём не хватает

Работа над синтетической клеткой заключает аппарат транскрипции и трансляции в липидные везикулы, обычно на реконструированных системах из очищенных компонентов. Такие везикулы нарабатывают белки, а сконструированные системы обеспечивали рост и деление мембраны. Не показан замкнутый круг: везикула, синтезирующая собственный аппарат, включая собственные рибосомы, и делящаяся неограниченно долго. Самосборка рибосом вне клетки остаётся признанным узким местом.

Кому это нужно

Сокращённое шасси — ответ на нагрузку и непредсказуемость, описанные на странице «Синтетическая биология»: меньше генов означает меньше неучтённых взаимодействий и меньше метаболизма, конкурирующего с целевым путём. Противовес — устойчивость: у обобранного организма нет запаса на стресс, и это довод в пользу биоизоляции ровно в той же мере, в какой это производственное ограничение.

Химия записи геномов и инструменты редактирования на этой странице не разбираются; им отведены отдельные страницы.