Sentetik biyoloji zaten yaşamı yeniden yazıyor.

2023'ün sonlarında bilim insanları maya hücrelerini ortaya çıkardı genetik planlarının yarısı yapay DNA ile değiştirildi. Bir “dönüm noktası” anıydı 18 yıllık proje her maya kromozomunun alternatif versiyonlarını tasarlamak. Yedi buçuk sentetik kromozoma sahip olmalarına rağmen hücreler çoğaldı ve gelişti.

Yeni bir çalışma bizi evrim merdiveninden tasarım tesislerine taşıyor.

SynMoss adlı bir proje için Çin'deki bir ekip, bir tür yosundaki tek bir kromozomun bir kısmını yeniden tasarladı. Ortaya çıkan kısmen sentetik bitki normal şekilde büyüdü ve sporlar üretti; bu da onu kısmen yapay bir kromozom taşıyan çok hücreli ilk canlılardan biri haline getirdi.

Bitkinin kromozomlarındaki özel değişiklikler sentetik mayayla karşılaştırıldığında nispeten küçüktür. Ancak bu, üst düzey organizmalardaki genomların tamamen yeniden tasarlanmasına yönelik bir adımdır.

Ile yaptığı bir röportajda BilimImperial College London'dan sentetik biyolog Dr. Tom Ellis, bunun "sentetik genomların yalnızca mikroplar için olduğunu düşünen insanlara bir uyandırma çağrısı" olduğunu söyledi.

Yaşamı Yükseltme

Hayatı yeniden yazma çabaları yalnızca bilimsel merakı tatmin etmek için değildir.

DNA üzerinde değişiklik yapmak, evrimsel tarihin şifresini çözmemize ve kromozomları sabit tutan veya hastalığa neden olan DNA'nın kritik bölümlerini belirlememize yardımcı olabilir. Deneyler aynı zamanda DNA'nın "karanlık maddesini" daha iyi anlamamıza da yardımcı olabilir. Genomun her yerine dağılmış, proteinleri kodlamayan gizemli diziler bilim adamlarını uzun süredir şaşırtıyor: Bunlar yararlı mı yoksa sadece evrimin kalıntıları mı?

Sentetik organizmalar aynı zamanda canlıların tasarlanmasını da kolaylaştırır. Örneğin bakteri ve mayalar zaten bira yapımında ve insülin gibi hayat kurtaran ilaçların vücuttan atılmasında kullanılıyor. Genomun bazı kısımlarını ekleyerek, değiştirerek veya silerek bu hücrelere yeni yetenekler kazandırmak mümkündür.

Yakın zamanda yapılan bir çalışmadaÖrneğin araştırmacılar bakterileri, doğada görülmeyen amino asit yapı taşlarını kullanarak protein sentezleyecek şekilde yeniden programladılar. Başka Araştırmada bir ekip, bakterileri, plastik atıkları kullanışlı malzemelere dönüştüren, plastik parçalayan Sonlandırıcılara dönüştürdü.

Etkileyici olsa da, bakteriler bizimkine benzemeyen hücrelerden oluşuyor; genetik materyalleri ortalıkta geziniyor ve potansiyel olarak yeniden bağlanmalarını kolaylaştırıyor.

The Sentetik Maya Projesi bir atılımdı. Maya, bakterilerin aksine ökaryotik bir hücredir. Bitkiler, hayvanlar ve insanlar bu kategoriye girer. DNA'mız, çekirdek adı verilen fındık benzeri bir baloncuğun içinde korunuyor, bu da sentetik biyologların ince ayar yapmasını daha da zorlaştırıyor.

Ökaryotlara gelince, bitkileri manipüle etmek, tek hücreli bir organizma olan mayadan daha zordur çünkü bitkiler, büyümeyi ve üremeyi koordine eden birden fazla hücre tipi içerirler. Kromozomal değişiklikler, her hücrenin nasıl çalıştığına bağlı olarak farklı şekilde ortaya çıkabilir ve dolayısıyla bitkinin sağlığını etkileyebilir.

Ekip makalelerinde "Çok hücreli organizmalardaki genom sentezi keşfedilmemiş bir alan olmaya devam ediyor" diye yazdı.

Yavaş ve istikrarlı

Ekip, sıfırdan tamamen yeni bir genom oluşturmak yerine mevcut yosun genomu üzerinde oynamalar yaptı.

Bu yeşil tüy laboratuvarda kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Erken bir analiz Yosun genomunun bir araştırması, 35,000 potansiyel gene sahip olduğunu buldu; bu, bir bitki için çarpıcı derecede karmaşıktır. 26 kromozomunun tamamı tamamen dizilenmiştir.

Ekip, bu nedenle bitkinin "evrimsel gelişim ve hücre biyolojisi çalışmalarında yaygın olarak kullanılan bir model" olduğunu yazdı.

Moss genleri çevresel değişikliklere, özellikle de güneş ışığından kaynaklanan DNA hasarını onaranlara kolaylıkla uyum sağlar. Diğer bitkilerle (biyologların tercih ettiği başka bir model olan thale teresi gibi) karşılaştırıldığında yosun, büyük DNA değişikliklerini tolere etme ve daha hızlı yenilenme gibi yerleşik bir yeteneğe sahiptir. Ekip, genomu yeniden yazarken her iki yönün de "gerekli" olduğunu açıkladı.

Başka bir avantaj mı? Yosun tek bir hücreden tam bir bitkiye dönüşebilir. Bu yetenek, sentetik biyologlar için bir rüya senaryosudur çünkü tek bir hücredeki genleri veya kromozomları değiştirmek potansiyel olarak tüm organizmayı değiştirebilir.

Bizimki gibi bitki kromozomları da iki çapraz kolu olan bir “X”e benzer. Bu çalışma için ekip, bitkideki en kısa kromozom kolunu (kromozom 18) yeniden yazmaya karar verdi. Bu hâlâ devasa bir projeydi. Daha önce en büyük değişiklik yalnızca yaklaşık 5,000 DNA harfinden oluşuyordu; Yeni çalışmanın 68,000'den fazla mektubu değiştirmesi gerekiyordu.

Ekip, doğal DNA dizilerini "yeniden tasarlanmış büyük sentetik parçalarla değiştirmenin zorlu bir teknik zorluk teşkil ettiğini" yazdı.

Böl-yönet stratejisini benimsediler. İlk önce sentetik DNA'nın orta büyüklükteki parçalarını tasarladılar ve ardından bunları kromozom kolunun tek bir DNA "mega parçası" halinde birleştirdiler.

Yeni tasarlanan kromozomda birçok önemli değişiklik yaşandı. Transpozonlardan, yani "sıçrayan genlerden" arındırılmıştı. Bu DNA blokları genomun etrafında hareket ediyor ve bilim adamları hala bunların normal biyolojik işlevler için gerekli olup olmadığını veya hastalığa katkıda bulunup bulunmadığını tartışıyorlar. Ekip ayrıca kromozomun sentetik olduğunu işaretlemek için DNA "etiketleri" ekledi ve belirli proteinlerin üretimini düzenleme biçiminde değişiklikler yaptı.

Genel olarak, değişiklikler kromozomun boyutunu yaklaşık yüzde 56 oranında azalttı. Ekip, tasarımcı kromozomunu yosun hücrelerine yerleştirdikten sonra bunları yetişkin bitkilere aktardı.

Yarı Sentetik Bir Çiçek

Yoğun bir şekilde düzenlenmiş genomla bile sentetik yosun şaşırtıcı derecede normaldi. Bitkiler kolayca birden fazla dallı yapraklı çalılara dönüştü ve sonunda sporlar üretti. Tüm üreme yapılarının vahşi doğada bulunanlarla aynı olması, yarı sentetik bitkilerin normal bir yaşam döngüsüne sahip olduğunu ve potansiyel olarak çoğalabileceklerini gösteriyor.

Bitkiler ayrıca yüksek tuzlu ortamlara karşı dayanıklılıklarını da korudu; bu, doğal benzerlerinde de görülen yararlı bir adaptasyondur.

Ancak sentetik yosun bazı beklenmedik epigenetik tuhaflıklara sahipti. Epigenetik, hücrelerin genleri nasıl açıp kapattığını inceleyen bilimdir. Kromozomun sentetik kısmı, doğal yosunla karşılaştırıldığında farklı bir epigenetik profile sahipti ve normalden daha fazla aktif gen içeriyordu. Ekibe göre bu potansiyel olarak zararlı olabilir.

Yosun ayrıca transpozonlar da dahil olmak üzere DNA'nın "karanlık maddesi" hakkında potansiyel bilgiler sundu. Bu sıçrayan genlerin silinmesi, kısmen sentetik bitkilere zarar vermiyor gibi görünüyor; bu da onların sağlıkları için gerekli olmayabileceğini düşündürüyor.

Daha pratik olarak, sonuçlar biyoteknoloji çabalarını artırmak kalp hastalıklarıyla mücadele eden, yaraları iyileştiren veya felci tedavi eden proteinler de dahil olmak üzere çok çeşitli terapötik proteinler üretmek için yosun kullanmak. Moss halihazırda tıbbi ilaçları sentezlemek için kullanılıyor. Kısmen tasarlanmış bir genom, metabolizmasını değiştirebilir, enfeksiyonlara karşı direncini artırabilir ve verimi artırabilir.

Bir sonraki adım, kromozom 18'in kısa kolunun tamamını sentetik dizilerle değiştirmektir. 10 yıl içinde tam bir sentetik yosun genomu oluşturmayı hedefliyorlar.

Bu iddialı bir hedef. 18 yıl süren ve yarısının yeniden yazılması için küresel işbirliği yapılan maya genomuyla karşılaştırıldığında, yosun genomu 40 kat daha büyük. Ancak giderek daha verimli ve ucuzlayan DNA okuma ve sentez teknolojileriyle bu hedef ulaşılamayacak kadar uzak değil.

Benzer teknikler, bakteri ve mayanın ötesinde, bitkilerden hayvanlara kadar organizmalardaki kromozomların yeniden tasarlanmasına yönelik diğer projelere de ilham verebilir.

Resim Kredi: Pyrex / Wikimedia Commons

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2024/02/08/partially-synthetic-moss-paves-the-way-for-plants-with-designer-genomes/