새로 창조 된 생명체, 주요 미스터리

그러나 그 473 개의 유전자 안에는 틈이 있습니다. 과학자들은 대략 3 분의 1이 무엇을하는지 알지 못합니다. Syn3.0은 생명의 필수 요소를 밝히지 않고 생물학의 기초에 대해 배우기 위해 얼마나 남은지를 밝혔습니다.

하버드 대학교의 생화학자인 Jack Szostak은“저에게 가장 흥미로운 것은 우리가 모르는 것에 대해 알려주는 것입니다. “알려지지 않은 기능의 많은 유전자가 필수적 인 것 같습니다.”

“우리는 완전히 놀랐고 충격을 받았습니다.”캘리포니아 La Jolla의 J. Craig Venter Institute와 Md.의 Rockville에있는 J. Craig Venter Institute를 이끌고 인간 게놈을 매핑하는 데 가장 유명합니다. 연구원들은 혼합에서 일부 미지의 유전자를 예상했으며, 아마도 게놈의 총 5 ~ 10 % 일 것이다. "그러나 이것은 정말 놀라운 숫자입니다."라고 그는 말했다.

벤터의 퀘스트를위한 씨앗은 1995 년에 그의 팀이 mycoplasma genitalium 의 게놈을 해독했을 때 심어졌습니다. , 인간의 요로에 사는 미생물. Venter의 연구원 들이이 새로운 프로젝트를 시작했을 때, 그들은 m을 선택했습니다. 생식기 - 서열화 될 두 번째 완전한 박테리아 게놈 - - 감소 된 게놈 크기에 대해 명시 적으로. 517 개의 유전자와 580,000 DNA 문자를 갖는 이들은자가 복제 유기체에서 가장 작은 게놈 중 하나를 가지고 있습니다. (일부 공생 미생물은 단지 100-odd 유전자로 살아남을 수 있지만, 숙주의 자원에 의존하여 생존을합니다.)

M. 생식기 DNA의 트림 패키지는 다음과 같은 의문을 제기했습니다. 세포가 가질 수있는 가장 적은 수의 유전자는 무엇입니까? Venter는“우리는 삶의 기본 유전자 구성 요소를 알고 싶었습니다. "20 년 전 좋은 아이디어처럼 보였습니다. 우리는 여기에 도착하는 것이 20 년의 과정이 될 줄 몰랐습니다."

최소 디자인

Venter와 그의 협력자들은 원래 과학자들이 생물학에 대해 알고있는 것에 기초하여 박탈 된 게놈을 설계하기 시작했습니다. 그들은 DNA 복사 및 번역과 같은 세포의 가장 중요한 과정에 관여하는 유전자로 시작하여 거기에서 구축 할 것입니다.

그러나이 간소화 된 버전의 Life를 만들기 전에 연구원들은 처음부터 게놈을 설계하고 구축하는 방법을 알아 내야했습니다. 살아있는 유기체에서 DNA를 편집하는 대신 대부분의 연구자들이했던 것처럼, 그들은 컴퓨터에서 게놈을 계획한 다음 시험관에서 DNA를 합성하기 위해 더 큰 통제를 원했다.

2008 년 Venter와 그의 공동 작업자 Hamilton Smith는 수정 된 버전의 m을 구축하여 최초의 합성 박테리아 게놈을 만들었습니다. 생식기 의 DNA. 그런 다음 2010 년에 그들은 최초의 자체 복제 합성 유기체를 만들어 m의 버전을 제조했습니다. mycoides ‘게놈과 다른 mycoplasma로 이식 종. 합성 게놈은 세포를 인수하여 기본 운영 체제를 인간이 만든 버전으로 대체했습니다. 합성 m. mycoides 게놈은 대부분 천연 버전과 동일하며 몇 가지 유전자 워터 마크를 절약했습니다. 연구원들은 이름과 이름과 몇 가지 유명한 인용문을 추가했습니다. Richard Feynman의 주장,“내가 만들 수없는 것, 이해할 수 없습니다.”

올바른 도구가 마침내 손에 들었을 때, 연구원들은 최소한의 세포를 위해 일련의 유전자 청사진을 설계 한 다음 그것들을 만들려고 노력했습니다. 그러나 벤터는“하나의 디자인은 효과가 없었습니다. 그는 그들의 반복적 인 실패를 그들의 허비에 대한 책망으로 보았다. 현대 과학은 세포를 만들기 위해 기본 생물학적 원리에 대한 충분한 지식을 가지고 있습니까? "대답은 울부 짖는 소리였습니다."

그래서 팀은 디자인 접근 방식을 시행 착오로 대체하여 다른 노동 집약적 압정을 취했습니다. 그들은 m을 방해했다. mycoides 박테리아가 생존하는 데 필수적인 것을 결정하는 유전자. 그들은 외부 유전자를 지우기 위해 Syn3.0을 생성하는데, 이는 현재까지 지구에서 발견 된 독립적으로 재현하는 유기체보다 작은 게놈을 가지고 있습니다.

유전자 지방을 다듬은 후 남은 것은 무엇입니까? 나머지 유전자의 대부분은 세 가지 기능 중 하나에 관여합니다 :RNA 및 단백질 생산, 유전자 정보의 충실도를 보존하거나 세포막을 생성합니다. DNA를 편집하기위한 유전자는 크게 소비 할 수있었습니다.

그러나 나머지 149 개의 유전자가 무엇을하는지는 확실하지 않습니다. 과학자들은 유전자의 구조에 따라 70 개를 광범위하게 분류 할 수 있지만, 연구원들은 세포에서 유전자가 어떤 정확한 역할을하는지에 대한 아이디어가 거의 없습니다. 79 개의 유전자의 기능은 완전한 미스터리입니다. Venter는“우리는 그들이 무엇을 제공하는지, 왜 삶에 필수적인 지 모르겠습니다. 아마도 그들은 더 미묘한 일을하고있을 것입니다. "매우 겸손한 실험입니다."

Venter의 팀은 미스터리 유전자가 무엇을하는지 알아 내기를 간절히 원하지만, 이들 유전자가 다른 알려진 유전자와 비슷하지 않다는 사실을 곱한다. 그들의 기능을 조사하는 한 가지 방법은 이들 유전자 각각을 켜고 끄질 수있는 세포의 엔지니어 버전을 엔지니어링하는 것입니다. 그들이 꺼져있을 때,“가장 먼저 엉망이되는 것은 무엇입니까?” Szostak가 말했다. "신진 대사 나 DNA 복제와 같은 일반 클래스에 고정하려고 노력할 수 있습니다."

제로로 줄어들고

Venter는 Syn3.0을 범용 최소 셀이라고 부르지 않도록주의합니다. 만약 그가 다른 미생물로 동일한 실험 세트를했다면, 그는 다른 유전자 세트로 끝났을 것이라고 지적했다.

실제로, 모든 생물이 존재하기 위해 필요한 단일 유전자 세트는 없습니다. 과학자들이 20 년 전에 그러한 것을 처음으로 찾기 시작했을 때, 그들은 단순히 다른 종의 많은 종에서 게놈 서열을 비교하는 것이 모든 종들과 공유되는 필수 핵심을 드러날 수 있기를 바랐습니다. 그러나 게놈 서열의 수가 꽃이 피됨에 따라 그 필수 코어가 사라졌습니다. 2010 년 테네시의 Oak Ridge National Laboratory의 생물 학자 인 David Ussery와 그의 협력자들은 1,000 개의 게놈을 비교했습니다. 그들은 단일 유전자가 모든 생애에서 공유되지 않는다는 것을 발견했습니다. Szostak은“핵심 지침을 갖는 다양한 방법이 있습니다.

또한 생물학에서 필수적인 것은 주로 유기체의 환경에 달려 있습니다. 예를 들어, 항생제와 같은 독소가있는 미생물을 상상해보십시오. 독소를 분해 할 수있는 유전자는 그 환경에서 미생물에 필수적입니다. 그러나 독소를 제거하고 그 유전자가 더 이상 필수적이지 않습니다.

Venter의 최소 세포는 환경뿐만 아니라 지구의 생명의 역사 전체의 제품입니다. 생물학의 4 억 년 기록에서 언젠가는 세포가 존재했던 것보다 훨씬 간단한 세포입니다. Szostak은“우리는 400 개의 유전자가있는 세포로 아무것도 가지 않았습니다. 그와 다른 사람들은이 초기의 진화 단계를 대표하는보다 기본적인 생명체를 만들려고 노력하고 있습니다.

일부 과학자들은 삶의 본질을 진정으로 이해하기 위해서는 이러한 유형의 상향식 접근법이 필요하다고 말합니다. 스웨덴 웁살라 대학교의 생물 학자 인 앤서니 포스터 (Anthony Forster)는“우리가 가장 단순한 살아있는 유기체조차도 처음부터 하나를 설계하고 합성 할 수 있어야한다”고 말했다. "우리는 여전히이 목표와는 거리가 멀다."