Co je to syntetická genomika?

Syntetická genomika je oblast biochemie se zaměřením na vytvoření genomu - úplné shromáždění genetických nebo dědičných informací organismu nezbytných pro udržení života tohoto organismu. Genom organismu je tvořen molekulami deoxyribonukleové kyseliny (DNA), které tvoří kód. Části tohoto kódu, nazývané geny, řídí tvorbu a interakce proteinů v buňkách organismu a umožňují tak organismu fungovat. V syntetické genomice vědci manipulují a obnovují genomy pro výzkumné účely nebo pro praktické aplikace v medicíně a výrobě biopaliv.

DNA je tvořena opakujícími se strukturálními jednotkami zvanými nukleotidy, které tvoří páry bází a vytvářejí vzory, které tvoří genetický kód. Nukleotidy a DNA sekvence jsou vyráběny uměle pro různé biochemické aplikace, ale syntetická genomika je více zapojeným procesem. Aby se vytvořil funkční syntetický genom, musí být přirozený genom zcela známý a musí být buď replikován přesně nebo modifikován tak, aby nebyly ovlivněny žádné zásadní funkce.

V roce 2010 vytvořil výzkumný tým Ústavu J. Craiga Ventera v Rockville v Marylandu první syntetický bakteriální genom. Bakterie, Mycoplasma mycoides, má genom sestávající z jednoho milionu párů bází. Tým byl schopen replikovat přirozený genom bakterie pomocí synteticky produkovaných nukleotidů a zavést syntetický genom do jiné bakteriální buňky, čímž nahradil DNA této bakterie syntetickou mykoplazmatickou DNA Mycoplasma. Se zavedením nového genomu začala buňka fungovat jako normální mykoplazmatická buňka Mycoplasma se všemi funkcemi.

Komplikace při syntéze genomu mohou snadno vzniknout kvůli složitosti zapojených systémů. Pokud je například jeden pár bází na místě nebo chybí, buňka nemusí fungovat vůbec. Podobně musí být správné biochemické procesy, kterými buňka čte a implementuje informace v DNA, a chemické interakce buněčného prostředí s DNA.

Syntetickou genomickou technologii lze přizpůsobit průmyslovým a komerčním aplikacím, jako je výroba biopaliv. Od roku 2011 zkoumají některé společnosti možnost vytvoření syntetických řas, které jsou účinnější než přirozeně se vyskytující řasy při zachycování a zpracování oxidu uhličitého na použitelné látky. Mnoho vědců se domnívá, že inženýrské řasy tímto způsobem mohou zvýšit výrobu biopaliv z hlediska nákladů a z obchodního hlediska životaschopnější.

Jiné projekty v syntetické genomice zahrnují syntézu pouze části genomu za účelem modifikace organismu pro použití v průmyslové nebo vědecké kapacitě. Příkladem je modifikace rostlinných genomů, aby byly plodiny odolnější vůči suchu nebo škůdcům. V medicíně mohou být mikroby geneticky změněny tak, aby fungovaly jako lék na určité nemoci nebo pomáhaly při genové terapii.