Forscher der Macquarie-Universität haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Team die Erstellung des letzten Chromosoms im weltweit ersten synthetischen Hefegenom abgeschlossen. Diese Errungenschaft stellt einen bedeutenden Meilenstein im globalen Sc2.0-Projekt dar, das darauf abzielt, ein synthetisches eukaryotisches Genom aus Saccharomyces cerevisiae (Bäckerhefe) und einem neuartigen tRNA-Neochromosom zu konstruieren.
Mit fortschrittlichen Techniken zur Genom-Editierung, einschließlich des CRISPR D-BUGS-Protokolls, identifizierte und korrigierte das Team genetische Fehler, die das Wachstum der Hefe beeinträchtigten. Diese Korrekturen stellten die Fähigkeit der Stammzelle wieder her, bei erhöhten Temperaturen auf Glycerin, einer wichtigen Kohlenstoffquelle, zu wachsen.
Die Ergebnisse, die in Nature Communications veröffentlicht wurden, zeigen, wie konstruierte Chromosomen entworfen, aufgebaut und debuggt werden können, um widerstandsfähigere Organismen zu schaffen, die potenziell die Lieferketten für Lebensmittel und Medikamente angesichts des Klimawandels und zukünftiger Pandemien sichern können.
Professor Sakkie Pretorius, Co-Hauptuntersucher und stellvertretender Vizekanzler (Forschung) der Macquarie-Universität, erklärte: "Dies ist ein Meilenstein in der synthetischen Biologie. Es ist das letzte Puzzlestück, das Forscher der synthetischen Biologie seit vielen Jahren beschäftigt." Der distinguierte Professor Ian Paulsen, Direktor des ARC Centre of Excellence in Synthetic Biology, betonte, dass der erfolgreiche Bau des letzten synthetischen Chromosoms eine leistungsstarke Plattform für die Ingenieurbiologie vervollständigt, die die Produktion von Medikamenten und nachhaltigen Materialien revolutionieren könnte.
Das Forschungsteam verwendete spezialisierte Werkzeuge zur Genbearbeitung, um Probleme im synthetischen Chromosom zu diagnostizieren und zu beheben, die die Fortpflanzung und das Wachstum der Hefe unter schwierigen Bedingungen beeinträchtigten. Sie entdeckten, dass die Platzierung genetischer Marker in der Nähe unsicherer Genregionen unbeabsichtigt die Aktivierung wesentlicher Gene störte, insbesondere in Bezug auf Prozesse wie Kupferstoffwechsel und Zellteilung.
Der Co-Hauptautor Dr. Hugh Goold vom NSW Department of Primary Industries bemerkte: "Eine unserer wichtigsten Erkenntnisse war, dass die Positionierung genetischer Marker die Expression wesentlicher Gene stören könnte. Diese Entdeckung hat wichtige Auswirkungen auf zukünftige Projekte der Genom-Engineering, indem sie Designprinzipien festlegt, die auf andere Organismen anwendbar sind."
Der Abschluss des Chromosoms, bekannt als synXVI, ermöglicht neue Erkundungen in der metabolischen Ingenieurwissenschaft und Strangoptimierung. Das synthetische Chromosom umfasst Merkmale, die es Forschern ermöglichen, genetische Vielfalt auf Abruf zu erzeugen und die Entwicklung von Hefen mit verbesserten Fähigkeiten für biotechnologische Anwendungen zu beschleunigen.
Dr. Briardo Llorente, Chief Scientific Officer der Australian Genome Foundry, stellte fest: "Das synthetische Hefegenom stellt einen quantenmäßigen Sprung in unserer Fähigkeit dar, Biologie zu ingenieuren." Der Bau eines so großen synthetischen Chromosoms war nur durch robotergestützte Instrumentierung in der Australian Genome Foundry möglich, was aufregende Möglichkeiten für die Entwicklung effizienterer und nachhaltigerer Bioproduktionsprozesse eröffnet, von der Herstellung von Arzneimitteln bis hin zu neuen Materialien.
Die Forschung liefert wertvolle Einblicke für zukünftige Projekte der synthetischen Biologie, einschließlich potenzieller Anwendungen in der Ingenieurwissenschaft von Pflanzen- und Säugetiergenomen. Die neuen Designprinzipien des Teams für synthetische Chromosomen helfen anderen Forschern, potenziell störende genetische Elemente in der Nähe wichtiger Gene zu vermeiden.