Szegediek az első szintetikus genomú baktérium gyökerei

A példátlan eredmény eléréséhez olyan baktériumot használtak, amelyet az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpontjában fejlesztett ki Pósfai György és kutatócsoportja. A kutatók a kólibaktérium (Escherichia coli) DNS-ét cserélték le szintetikus eredetűre és közben megváltoztatták a genetikai kódolási rendszerét, olvasható az MTA közleményében, amely szerint a kutatók eredménye mérföldkő a mesterséges sejtek létrehozásában.

Pósfai György összefoglalója szerint a munka több szempontból is jelentős: egyrészt a technológia alkalmazható lesz más, racionálisan tervezett sejtek készítésére, másrészt a nem természetes aminosavak kódolásával újfajta, sokféle célra használható fehérjék előállítása is lehetővé válik, ezeken túl a megváltoztatott kódolás miatt biztonsági, genetikai kommunikációs "tűzfal" keletkezik a mesterséges baktérium és a természetes élőlények között. A technológiát ismertetve a kutató azt írja: már ismert módszereket fűztek egybe ahhoz, hogy a tervezett kódolási módosításokat beépítve lemásolják a kólibaktérium teljes DNS-ét (genomját). A folyamat a DNS nukleotidsorrendjének megtervezésével, majd kis darabokban történő kémiai szintézisével indul. Ezeket a kisebb szakaszokat nagyobbakká (100 ezer nukleotidnyi genomszakaszokká) fűzik össze. A nagy genomszakaszokat azután sorban a kólisejtbe juttatják, lecserélve az eredeti, természetes szakaszokat. A végeredmény egy olyan baktérium, amelynek teljes DNS-molekulája szintetikus eredetű. Az új DNS pedig az eredeti információ mellett új, beletervezett, akár globális érvényű módosításokat is hordozhat.

Az alkalmazott folyamat mintaként szolgálhat másféle sejtek teljes genomjának nagyszabású átalakításához is. A lépések egy része pedig automatizálható, megkönnyítve a jövőbeni hasonló munkákat, mutat rá a kutatócsoport vezetője.

Pósfai György szerint az így létrejövő élőlény mesterséges is meg nem is. Magyarázata szerint az elkészítéshez élő sejtekre volt szükség, maga a fogadó gazda is egy természetes élőlény. Ugyanakkor a sejt felépítését és működését meghatározó információt hordozó DNS-t mesterségesen alakították ki. Pósfai György szerint a mostani munka újabb dimenziót nyitott: egyrészt jóval nagyobb DNS-molekulát tudtak összeállítani, másrészt egy igen hasznos, a kutatásban és az iparban széleskörűen használt baktériumot vettek alapul.

Mint írja, a létrehozott, Syn61 nevű kólibaktérium nem lemásolása az alapul vett baktériumtörzsnek. A genetikai kódrendszert megváltoztatták, egyszerűsítettek rajta. Ennek eredményeként soha nem látott, a szokásos aminosavakon túli építőelemeket is tartalmazó fehérjéket lehet könnyen élő sejtben előállítani. Ilyesmit eddig utólagos kémiai módosítással vagy csak részleges eredményt hozó genetikai manipulációkkal tudtak elérni. A fehérjerepertoár bővítésének pedig számtalan alkalmazása lehet az új gyógyszerhatóanyagok előállításától a mosóporenzimek javításáig.

A munka magyar vonatkozása, hogy a cambridge-i kutatók egy Szegeden előállított baktériumot használtak. A munka során nem a laboratóriumokban vagy az iparban gyakran használt, "vad" kólibaktérium DNS-ét vették alapul a szintetikus variánshoz, hanem az MTA SZBK Biokémiai Intézetének Genommérnöki Csoportjában készített MDS42 nevűét. A név egy genetikailag erősen egyszerűsített kólibaktériumra utal.

A kutatás vezetőjének beszámolója szerint többéves munkával, melybe elsősorban bioinformatikai segítséggel egy amerikai kutatócsoport is bekapcsolódott, eliminálták a baktérium genomjából a fölöslegesnek, illetve a kutatási-ipari felhasználás szempontjából károsnak ítélt géneket. "Célunk kettős volt. Egyrészt úgy gondoltuk, a fölösleg eltávolításával hatékonyabb és genetikailag stabilabb lesz a baktérium – ebből csak a stabilitás igazolódott. Másrészt – alapkutatási szempontból – az érdekelt bennünket, meddig lehet elmenni a genetikai egyszerűsítésben anélkül, hogy komolyabban sérülnének a baktérium képességei" – foglalta össze Pósfai György.