หนึ่งในความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของชีววิทยาในปี 2016 คือจงใจให้มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ นั่นคือการสร้างแบคทีเรียที่มีเพียง 473 ยีน พิมพ์เขียวทางพันธุกรรมขนาดไพน์นั้น ซึ่งเล็กที่สุดสำหรับเซลล์ที่มีชีวิตอิสระใดๆ ที่รู้จักกัน เป็นก้าวสำคัญในความพยายามนานหลายทศวรรษในการสร้างสิ่งมีชีวิตที่มีเพียงสิ่งจำเป็นที่จำเป็นต่อการดำรงอยู่และสืบพันธุ์ ในที่สุดเซลล์ “จีโนมขั้นต่ำ” ดังกล่าวอาจใช้เป็นแม่แบบสำหรับสิ่งมีชีวิตที่ผลิตในห้องปฏิบัติการซึ่งสูบฉีดยา สร้างสารเคมีที่เป็นนวัตกรรมสำหรับ
อุตสาหกรรมและการเกษตร หรือปั่นโมเลกุลอื่น ๆ
ที่ยังไม่ได้จินตนาการ โครงการนี้ยังระบุยีนที่สำคัญต่อการอยู่รอดของจุลินทรีย์แต่ส่วนใหญ่ไม่คุ้นเคยกับวิทยาศาสตร์ โดยเน้นถึงช่องว่างที่สำคัญในความเข้าใจของนักวิจัยเกี่ยวกับ playbook ของชีวิต
แบคทีเรียที่ออกแบบใหม่นี้ได้รับการยกย่องว่าเป็นชัยชนะทางเทคนิค ในปี 2010 นักวิจัยจากสถาบัน J. Craig Venter ใน La Jolla รัฐแคลิฟอร์เนีย ได้เย็บสำเนาของจีโนมทั้งหมดของแบคทีเรียMycoplasma mycoides เข้าด้วยกันและใส่เข้าไปในเซลล์ของแบคทีเรียอีกตัวหนึ่งที่จีโนมถูกกำจัดออกไป แต่ “เซลล์สังเคราะห์” ที่มีชื่อเรียกว่าJCVI-syn1.0มีสำเนาทั้งหมดของจีโนมที่มีอยู่ ด้วยองค์ประกอบทางเคมีของ DNA มากกว่า 1 ล้านตัว ซึ่งรวมถึงยีน 901 ยีน มันจึงห่างไกลจากสิ่งเล็กน้อยที่สุด
เวอร์ชันล่าสุด JCVI-syn3.0 รายงานเมื่อเดือนมีนาคมในScience ( SN: 4/16/16, p. 6 ) มี DNA ประมาณครึ่งหนึ่ง นอกจากนี้ยังเป็นเซลล์แรกที่สร้างขึ้นโดยใช้หลักการออกแบบของมนุษย์: ส่วนหนึ่งของจีโนมมียีนสำหรับกระบวนการต่างๆ เช่น การซ่อมแซมดีเอ็นเอ ซึ่งจัดกลุ่มเข้าด้วยกันแทนที่จะกระจัดกระจายโดยไม่ได้ตั้งใจ การละทิ้งความไม่เป็นระเบียบของวิวัฒนาการสำหรับพิมพ์เขียวที่ขับเคลื่อนด้วยตรรกะทำให้เกิดวิธีการ “เสียบปลั๊กแล้วเล่น” แดเนียล กิ๊บสัน สมาชิกของทีม JCVI กล่าว เพื่อปรับแต่งกระบวนการเมตาบอลิซึม เช่น ไกลโคไลซิส ตัวอย่างเช่น “แทนที่จะเปลี่ยนยีนหนึ่ง แล้วก็อีกยีนหนึ่ง คุณสามารถดึงโมดูลทั้งหมดออกมาแล้วสร้างใหม่ได้”
George Church นักวิทยาศาสตร์จีโนมแห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด
กล่าวว่าการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานของจีโนมในขณะที่ยังคงมีเซลล์ทำงานอยู่นั้นเป็นสิ่งที่น่าสังเกต “พวกเขาพบว่า ไม่ว่าพวกเขาจะประกอบอะไรเข้าด้วยกัน มันก็พัง” เชิร์ชกล่าว
Claudia Vickers นักเทคโนโลยีชีวภาพจาก Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology ในบริสเบน กล่าวว่า ศักยภาพของเซลล์สังเคราะห์นั้นมีมากมายมหาศาล นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการออกแบบสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ เช่น ยีสต์ เพื่อช่วยในการสร้างยารักษาโรคมาลาเรีย ตอนนี้โรงงานเซลลูล่าร์เล็กๆ ที่ออกแบบมาให้มีประสิทธิภาพสูงและปรับให้เข้ากับงานเฉพาะนั้นอยู่ในสายตาแล้ว Vickers กล่าว
เรื่องราวดำเนินต่อไปด้านล่างกราฟ
ของจำเป็นเท่านั้น
ปีนี้นักวิทยาศาสตร์ได้แนะนำเซลล์สังเคราะห์ที่มียีนเพียง 473 ยีน ซึ่งเป็นพิมพ์เขียวทางพันธุกรรมที่เล็กที่สุดที่รู้จักสำหรับเซลล์ที่มีชีวิตอิสระ เรียกว่า JCVI-syn3.0 ซึ่งสร้างขึ้นจากความพยายามครั้งก่อนซึ่งขนานนามว่า JCVI-syn1.0 ซึ่งมียีน 901 ตัว ที่ 525 ยีน อวัยวะเพศMycoplasma ที่เติบโตช้า ยังมีจีโนมเล็กๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปรียบเทียบกับHaemophilus influenzaeและEscherichia coliที่ ก่อให้เกิดความเจ็บป่วย
กราฟ JCVIsyn3.0
เจ. เฮิร์ชเฟลด์
ที่มา: E. coli: Genome/NCBI/ National Library of Medicine; อื่นๆ ทั้งหมด: CA Hutchison et al/ Science 2016
เทคนิคที่ใช้ในการสร้าง JCVI-syn3.0 โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาควบคู่ไปกับเครื่องมือทางวิศวกรรมอื่นๆ เช่น ระบบ CRISPR/Cas9 ที่พัฒนาขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้ ( SN: 9/3/16, p. 22 ) เป็นขั้นตอนที่มีความหมายสำหรับครั้งหนึ่งที่อยู่ไกล เป้าหมายของมินิแมชชีนจำลองตัวเอง “มันสำคัญสำหรับอนาคตที่ทำให้เราจินตนาการได้” วิคเกอร์สกล่าว
นับตั้งแต่ประกาศ JCVI-syn3.0 ทีมงานได้ใช้เทคนิคทางวิศวกรรมเดียวกันนี้เพื่อเปลี่ยนแบคทีเรียVibrio natrigens ที่เติบโตอย่างรวดเร็ว ให้กลายเป็นห้องปฏิบัติการทดลอง Vibrio ที่ได้รับ การออกแบบทางวิศวกรรม- ขนานนามว่า Vmax – ลดเวลาที่ใช้ในการทดลองในห้องปฏิบัติการโดยเฉพาะลงครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับต้นฉบับ Gibson กล่าว
ความพยายามจีโนมน้อยที่สุดยังมีจุดมุ่งหมายที่คำถามเชิงปรัชญาที่ใหญ่กว่า: ชีวิตคืออะไร? ในการบรรยายในปี 1984 ผู้เชี่ยวชาญด้านต้นกำเนิดของชีวิต Harold Morowitz ได้กล่าวถึงการศึกษา จีโนม Mycoplasma ที่มีขนาดเล็กและเรียบง่าย อาจช่วยเติมพลังให้กับชีววิทยาขั้นพื้นฐานในลักษณะที่การศึกษาอะตอมของไฮโดรเจนทำให้เกิดคำถามสำหรับฟิสิกส์และเคมี (Morowitz เสียชีวิตในเดือนมีนาคม สองวันก่อนงาน JCVI-syn3.0 จะถูกเผยแพร่ทางออนไลน์)
ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์หลายคนตกตะลึงเมื่อรู้ว่า JCVI-syn3.0 มียีน 65 ยีนที่ไม่มีหน้าที่ใดที่รู้จักซึ่งจำเป็นต่อการอยู่รอด ลอเรนซ์ เฮิร์สต์ ผู้เชี่ยวชาญด้านจีโนมิกส์วิวัฒนาการจากมหาวิทยาลัยบาธในอังกฤษกล่าวว่า “นี่เป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่มีการศึกษาดีที่สุดของเรา และเรายังไม่รู้ว่ายีนเหล่านั้นกำลังทำอะไรอยู่” “มันเป็นผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม”
credit : hakkenya.org holyprotectionpreschool.org hornyhardcore.net howtobecomeabountyhunter.net inghinyero.com johnnybeam.com karenmartinezforassembly.org kenyanetwork.org kilelefoundationkenya.org kiyatyunisaptoko.com
