Un equipo de investigación global ha construido cinco nuevos cromosomas de levadura sintética, lo que significa que el 30 por ciento del material genético de un organismo clave ahora se ha cambiado por reemplazos de ingeniería. Este es uno de varios hallazgos de un paquete de siete artículos publicado el 10 de marzo como elhistoria de portada para Ciencia
Dirigido por el genetista de NYU Langone, Jef Boeke, PhD, y un equipo de más de 200 autores, las publicaciones son las últimas del Proyecto de levadura sintética Sc2.0. Para fines de este año, este consorcio internacional espera tenerdiseñó y construyó versiones sintéticas de los 16 cromosomas, las estructuras que contienen ADN, para el microorganismo unicelular, la levadura de Baker S. cerevisiae .
Al igual que los programadores de computadoras, los científicos agregan franjas de ADN sintético a los cromosomas humanos, vegetales, bacterianos o de levadura, o eliminan tramos de estos, con la esperanza de evitar enfermedades, fabricar medicamentos o hacer que los alimentos sean más nutritivos.Es un modelo de investigación importante porque sus células comparten muchas características con las células humanas, pero son más simples y fáciles de estudiar.
"Este trabajo prepara el escenario para completar genomas sintéticos de diseño para abordar necesidades no satisfechas en medicina e industria", dice Boeke, director del Instituto de Genética de Sistemas de Langone de la NYU. "Más allá de cualquier aplicación, los documentos confirman que los sistemas recién creadosy el software puede responder preguntas básicas sobre la naturaleza de la maquinaria genética mediante la reprogramación de los cromosomas en las células vivas ".
En marzo de 2014, Sc2.0 ensambló con éxito el primer cromosoma de levadura sintética cromosoma sintético 3 o synIII que comprende 272,871 pares de bases, las unidades químicas que componen el código de ADN. La nueva ronda de documentos consta de una descripción general y cinco documentosque describe el primer ensamblaje de los cromosomas de levadura sintéticos synII, synV, synVI, synX y synXII. Un séptimo artículo proporciona una primera mirada a las estructuras 3D de los cromosomas sintéticos en el núcleo celular.
Muchas tecnologías desarrolladas en Sc2.0 sirven como base para GP-write, una iniciativa relacionada que tiene como objetivo sintetizar conjuntos completos de cromosomas genomas humanos y vegetales en los próximos diez años. GP-write celebrará su próxima reunión en NuevaYork City del 9 al 10 de mayo de 2017.
Producción global
Para comenzar a sintetizar un cromosoma de levadura, los investigadores primero deben planear miles de cambios, algunos de los cuales les permiten moverse alrededor de piezas de cromosomas en una especie de evolución rápida y de alta potencia. Otros cambios eliminan tramos de código de ADN que parecen ser poco probablesdesempeñar un papel funcional gracias a los esfuerzos realizados en el pasado.Las bibliotecas de cepas de levadura alteradas pueden seleccionarse para ver cuáles tienen las características más útiles.
Con las ediciones realizadas, el equipo comienza a ensamblar secuencias de ADN sintéticas editadas en trozos cada vez más grandes, que finalmente se introducen en las células de levadura, donde la maquinaria celular termina de construir el cromosoma. Una innovación importante capturada en la ronda actual de documentos implica estoúltimo paso.
Anteriormente, se requería que los investigadores terminaran de construir una pieza de un cromosoma antes de que pudieran comenzar a trabajar en la siguiente. Los requisitos secuenciales son cuellos de botella, dice Boeke, que ralentiza los procesos y aumenta los costos. La ronda actual de documentos presenta varios esfuerzos para "paralelizar""el ensamblaje de cromosomas sintéticos.
Los laboratorios de todo el mundo sintetizaron diferentes piezas en cepas de levadura que luego se aparearon cruzaron para producir rápidamente levadura próspera, no solo con un cromosoma sintético completo, sino en algunos casos con más de uno. Específicamente, un documento dirigido porLa autora Leslie Mitchell, PhD, becaria postdoctoral del laboratorio de Boeke en NYU Langone, describió la construcción de una cepa que contiene tres cromosomas sintéticos.
"Los pasos se pueden realizar al mismo tiempo en muchos entornos locales y luego se ensamblan al final, como las computadoras portátiles en red para crear una súper computadora global", dice Mitchell.
En el camino, el equipo global perfeccionó una serie de innovaciones y llegó a comprender mejor la biología de la levadura. Un equipo de la Universidad de Tsinghua, por ejemplo, lideró un esfuerzo en el que seis equipos construyeron piezas en cromosoma sintético XII synXII, que fue entoncesensamblado en una molécula final de más de un millón de pares de bases una megabase de longitud. Este cromosoma sintético más grande hasta la fecha sigue siendo 1 / 3,000 de lo que se necesitaría para construir una molécula del genoma humano, por lo que se necesitarán nuevas técnicas.
Además, los experimentos demostraron que se pueden hacer cambios drásticos en los genomas de la levadura sin matarlos, dice Boeke. Las cepas de levadura, por ejemplo, sobrevivieron a experimentos en los que secciones de código de ADN se movieron de un cromosoma a otro, o incluso se intercambiaron entre ellas.especies de levadura, con poco efecto. Los organismos genéticamente flexibles plásticos son buenas plataformas para la ingeniería dramática que puede ser necesaria para futuras aplicaciones.
El paquete de siete publicaciones recientes tenía autores de diez universidades en varios países, incluidos los Estados Unidos NYU Langone, Johns Hopkins, China Tianjin, Tsinghua, Francia Institut Pasteur, Sorbonne Universités y Escocia Edimburgo;junto con autores de socios clave de la industria: BGI, la principal organización de genómica china, Genescript con sede en EE. UU. y China, y WuXi Qinglan Biotechnology, Inc.
Dirigido por la Escuela de Ingeniería Química y Tecnología de la Universidad de Tianjin en China, el documento que describe la síntesis de SynV es notable porque lo hicieron estudiantes universitarios como parte de "Build-a-Genome China", una clase que se enseñó por primera vezen los Estados Unidos en Johns Hopkins, donde Boeke trabajó antes de venir a NYU Langone. Esto es parte de una red global emergente de "fundiciones de cromosomas", dice Boeke, "que está construyendo la próxima generación de biólogos sintéticos junto con los cromosomas".
Además de Boeke y Mitchell, los principales organizadores de los estudios actuales incluyeron a Ying-Jin Yuan de la Universidad de Tianjin, Junbiao Dai de la Universidad de Tsinghua, Joel Bader de Johns Hopkins, Romain Koszul en el Institut Pasteur, Yizhi Cai en la Universidad de Edimburgoy Huanming Yang en BGI. Los estudios de los Estados Unidos fueron apoyados principalmente por la National Science Foundation. Otras fuentes de financiación clave fueron el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo de Alta Tecnología de China, Ministerio de Ciencia y Tecnología de la República Popular de China, National Natural ScienceFundación de China, el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas del Reino Unido, y ERASynBio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NYU Langone Medical Center / New York University School of Medicine . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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