Zvětšit obrázek

Harris Wang a George M. Church z Harvardovy university

Genetičtí inženýři ve snaze dosáhnout určitého efektu většinou systematicky pozměňují jeden gen po druhém. Problém ale nastává v případech, kdy je požadovaná substance kódována soustavou desítek genů. Účinek změny pouhé části této soustavy může být potlačen díky nezměněnému zbytku kaskády a mutace je odepsána jako neúčinná. V takových případech je velmi obtížné nebo téměř nemožné dosáhnout výsledku postupnými mutacemi jednotlivých genů. Americký chemický gigant DuPont například utratil stovky milionů dolarů aby během sedmi let identifikoval 20 genetických změn, které optimalizují biologickou produkci komerčního ředidla 1,3-propanediolu, za což jim mimochodem udělila Americká chemická společnost cenu "2007 Hrdinové chemie"

Naproti tomu nový přístup nazvaný MAGE (multiplex automated genome engineering) může za pár tisíc dolarů použít stovky mutací a během několika dní vytvořit miliony jejich kombinací. Ze vzniklých kmenů pak stačí vybrat ten nejlepší.

Zvětšit obrázek

Schéma patentu

Výzkumný tým na Harvard Medical School, který tvoří Harris Wang, George Church a Farren Isaacs přišli s geniálně jednoduchou myšlenkou, která využívá přirozeného sklonu buněk zabudovávat v průběhu dělení do svého genomu laboratorně připravené kousky DNA.

Princip je prostý. Připravíte si kousky DNA, které modifikují sledované geny - pro jeden gen můžete použít i více mutantních variant najednou. Tuto směs stavebního materiálu pak předložíte buňkám v průběhu dělení, necháte je několikrát rozdělit a výsledné nové kmeny testujete na požadované vlastnosti.

Výzkumníci demonstrovali sílu MAGE na bakterii Escherichia coli, kterou přiměli produkovat sloučeninu lykopen v pětinásobných objemech v porovnání s jejich předchůdci. Lykopen je karotenoidní antioxidant vyskytující se v rajčatech a je známo více než dvacet genů, které dokáží ovlivnit jeho produkci.

Zvětšit obrázek

MAGE (multiplex automated genome engineering - mnohonásobné automatizované genomové inženýrství) umožňuje rychlé a nepřetržité vytváření rozmanitých sekvencí (posloupností párů bází) na vícero cílových úseků na různých chromozomech u obrovské populace buněk najednou. Buňkám stačí pouze vytrvale nabízet vhodné syntetické úseky DNA a ty si je pak v průběhu děleni zabudovávají do svých genomů. Kredit: Wang et al., Nature

Wang s kolegy připravili najednou tisíce mutací, které daly vzniknout miliardám různých kmenů. Protože lykopen barví buňky do červena, jednoduše pak vybrali ty nejčervenější bakterie.

Krása tohoto přístupu spočívá v jeho variabilitě. Vědci si mohou zvolit kolik a jaké mutace do procesu vloží a tím řídit jak velkou kontrolu nad mutacemi chtějí mít. Modifikovány mohou být celé geny nebo jen jejich části. Technologie může být zacílena na zefektivnění produkce obrovského spektra sloučenin, a to nejen nových ale i v současnosti produkovaných ve farmaceutickém nebo chemickém průmyslu.

Nyní je technologie ušita na míru pro Escherichia coli, ale brzy by měly následovat adaptace pro kvasinky. Pro rostlinné a živočišné buňky by též měl být tento postup použitelný.

Uplatnění v průmyslu je nasnadě. Výzkumníci tedy nelení a začínají navazovat styky s výrobci biopaliv a chemikálií s nadějí na vytvoření komerčně úspěšných kmenů, které by našly průmyslové využití.

Doporučujeme:  Přednáška "Reading & Writing Genomes" (Čtení a záznam DNA) Georga Churche z Harvard University v Joint Genome Institute v březnu 2009

Zdroje: NewScientist , Nature