Что такое синтетическая геномика?

Синтетическая геномика - это область биохимии, сфокусированная на создании генома - полной совокупности генетической или наследственной информации организма, необходимой этому организму для поддержания жизни. Геном организма состоит из молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которые образуют код. Части этого кода, называемые генами, контролируют образование и взаимодействие белков в клетках организма, позволяя организму функционировать. В области синтетической геномики ученые манипулируют и воссоздают геномы для исследовательских целей или для практического применения в медицине и производстве биотоплива.

ДНК состоит из повторяющихся структурных единиц, называемых нуклеотидами, которые образуют пары оснований и создают структуры, которые составляют генетический код. Нуклеотиды и последовательности ДНК производятся искусственно для различных биохимических применений, но синтетическая геномика является более сложным процессом. Чтобы создать функциональный синтетический геном, естественный геном должен быть известен полностью и либо точно реплицирован, либо модифицирован таким образом, чтобы не затрагивались никакие важные функции.

В 2010 году исследовательская группа из Института Дж. Крейга Вентера в Роквилле, штат Мэриленд, создала первый синтетический бактериальный геном. Бактерия Mycoplasma mycoides имеет геном, состоящий из одного миллиона пар оснований. Команда смогла воспроизвести естественный геном бактерии, используя синтетически полученные нуклеотиды, и ввести синтетический геном в клетку другой бактерии, заменив ДНК этой бактерии синтетической ДНК Mycoplasma mycoides. С появлением нового генома клетка начала функционировать как нормальная клетка Mycolasma Mycoides со всеми ее функциями.

Осложнения в синтезе генома могут легко возникнуть из-за сложности задействованных систем. Например, если одна базовая пара неуместна или отсутствует, ячейка может вообще не функционировать. Точно так же биохимические процессы, посредством которых клетка считывает и внедряет информацию в ДНК, и химические взаимодействия клеточной среды с ДНК, должны быть правильными.

Технология синтетической геномики может быть адаптирована к промышленным и коммерческим применениям, таким как производство биотоплива. По состоянию на 2011 год некоторые компании изучают возможность создания синтетических водорослей, которые более эффективны, чем природные водоросли, для улавливания и переработки диоксида углерода в полезные вещества. Многие исследователи считают, что инженерные водоросли таким способом могут сделать производство биотоплива более рентабельным и коммерчески жизнеспособным.

Другие проекты в области синтетической геномики включают синтез только части генома для модификации организма для использования в промышленных или научных целях. Примером является модификация геномов растений, чтобы сделать культуры более устойчивыми к засухе или вредителям. В медицине микробы могут быть генетически изменены, чтобы действовать как лекарство от определенных болезней или помочь в генной терапии.