Прорыв в синтезе дрожжевых хромосом

Команда синтетической биологии Тяньцзиньского университета (TJU) под руководством профессора Ин-Дзиня Юаня завершила синтез редизайнированных дрожжевых хромосом synV и synX. Исследования опубликованы в журнале Science 10 марта 2017 года.

Работы являются частью международного проекта по химическому синтезу дизайнерского генома дрожжей Sc 2.0. В коллаборации участвуют NYU и John Hopkins (США), Университет Цинхуа, BGI-Шэньчжэнь (Китай), Эдинбургский университет (Великобритания), Институт Пастера и Университет Сорбонны (Франция), а также индустриальные партнеры.

Образовательный компонент: курс Build-A-Genome (BAG)

TJU интегрирует передовую науку в обучение студентов. В синтезе хромосомы synV ключевую роль сыграл инновационный курс "Build-A-Genome (BAG) China". В нём участвовал 61 студент, большинство из которых не имели опыта в синтезе ДНК. Они конструировали строительные блоки и мини-фрагменты для синтетической хромосомы V. Курс позволил им развить экспериментальные навыки и получить опыт решения проблем. Некоторые студенты стали специалистами по синтезу ДНК, а часть продолжила обучение в области синтетической биологии в PhD-программах Китая, США и Европы.

"Цель курса BAG в TJU — подготовить новое поколение синтетических биологов с глобальным видением, инновационным духом и практическими способностями", — заявил профессор Юань.

Первые авторы статей о synV и synX, аспиранты команды Юаня Цзэсюн Се и И У, были участниками курса BAG.

Научные достижения и "отладка" генома

Исследователи преодолели значительные препятствия, стремясь создать синтетическую эукариотическую хромосому, идеально соответствующую дизайнерской последовательности.

• В готовой хромосоме synV были исправлены все 3331 случайно распределённых мутаций и другие непредсказуемые события. Её жизнеспособность была сопоставима с природными штаммами, что подтвердило базовые принципы дизайна Sc 2.0.
• После первоначальной подачи статьи команда продолжила исправления, что привело к изменению названия статьи о synV с "приближаясь к варианту без вариантов" на "'идеальная' дизайнерская хромосома V".
• Линейная хромосома synV также была преобразована в кольцевую, что может служить моделью для изучения заболеваний, связанных с кольцевыми хромосомами у человека, и даёт представление об эволюции хромосом.

Для решения проблемы "ошибок" (bugs) — генетических изменений, влияющих на жизнеспособность клетки, — в TJU разработали высокоэффективный метод отладки PoPM (pooled PCRTag mapping). Он использует стратегию пулов и систему PCRTag проекта Sc 2.0.

"Во время сборки synX метод PoPM применялся для выявления и устранения генетических изменений, влияющих на жизнеспособность клетки... PoPM представляет собой эффективную стратегию для фенотип-генотип картирования, которая будет применима для расширения понимания функций дрожжевого генома и клетки", — пояснил И У.