Výroba upraveného viru z dílů-pro lepší přehlednost

Bakteriofág T7(vir infikující bakterie Escherichia coli) byl rozsáhle zkoumán déle než 50 let a i přesto mnoho funkčních detailů zůstávalo neznámých. Detailní modelování samotného infekčního procesu u „divokého“ typu bakteriofága se příliš nedařilo a následky změn geonomu při laboratorních pozorováních i detailních počítačových simulacích byly nepředvídatelné. Těmito neúspěchy motivování, Chan a kolegové dokázali zápis geonomu upravit: zpřehlednit, zjednodušit(na úkor vypuštění jistých úseků DNA, jejichž funkce není známa) a syntetizovat zcela uměle redesignovaného bakteriofága a u takto vyrobené životaschopné verze i otestovat i její vlastnosti při interakci s bakterií E. coli.

Stavebnice

Je doslova složen z dílů: asi 70 víceméně nezávislých úseků DNA. Tyto je možno snadno nahradit jinými úseky a pozorovat změny ke kterým u bakteriofága došlo. Po vzoru označení verzí softwaru jej pojmenovali T7.1.

Jednotlivé úseky byly navrženy tak, aby se každý podílel na nějaké jediné konkrétní funkci- to znamená tak aby mohlo být s jednotlivými částmi manipulováno nezávisle na ostatních a také samozřejmě aby dávaly dohromady životaschopného bakteriofága..

Koncept „stavebnice“ je výhodný svou jednoduchostí. Takovouto stavebnici bude možno upravovat obměnou jejich jednotlivých dílů a stále bude vznikat životaschopný bakteriofág, pokaždé s jinými vlastnostmi- tedy snadno studovatelný model.

Ve skutečnosti je bakteriofág T7.1 tvořen jen 30% genomu původního bakteriofágu- ten byl úmyslně „racionalizován“ aby se tak usnadnily budoucí modifikace.Na počátku tohoto procesu nebylo jisté, kolik změn genom bakteriofága snese- byly provedeny stovky změn a pozorováno, jestli je bakteriofág s tímto geonomem stále ještě „funkční“ – takto bylo také určeno minimální nezbytná délka geonomu.

(z celkového počtu 39 937 párů bází původního bakteriofága bylo ponecháno 11 515 a ty pozměněny a doplněny na 12 179 párů bází bakteriofága T7.1 )

(zjednodušení vedlo například k předvídatelnějšímu chování bakteriofága)

Po rychlém čtení nastupuje i rychlé psaní

Konstruování geonomu je možné dík prudkému zdokonalení technologie syntézy dlouhých řetězců DNA. Samotná rychlost sekvenování(čtení) DNA je značně v náskoku před syntézou DNA.To koreluje i s cenou: přečtení jedné báze stálo v roce 2003 méně než 0,05$ zatímco syntéza jedné báze(v rámci krátkého úseku bází) 0,3$ a v rámci dlouhého úseku(například celého genu) asi 5$.(viz graf)

Ovšem extrapolací trendu nárůstu produktivity(tedy kolik bází je jeden výzkumník schopen s za pracovní den přečíst případně/syntetizovat) lze dojít k zhruba 10¹⁰ sekvenovaných případně syntetizovaných bází na výzkumníka a den. Porovnejme to třeba s 3x10⁹ bází lidského genomu…S rostoucí produktivitou klesá i cena za jednu bázi, ovšem zdá se že klesá pomaleji-tudíž pokrok by mohl být trochu zabrzděn oproti výše uvedenému odhadu. Ale syntéza DNA pravděpodobně nebude již dále brzdícím faktorem při „výrobě“ nových mikroorganismů- nepochybně se ale objeví nové problémy: v podstatě celé tělo bakteriofága je jen jeho DNA, ovšem buňky jsou již mnohem složitější.

V příštích několika letech se dá předpokládat designování a následná syntéza genomů menších bakterií.

Zdroje:

Refactoring bacteriophag T7

Engineering novel life

The pace of proliferating of biological technologies(pdf)