Получены дрожжи с 6 искусственными хромосомами. Дрожжи хромосомы
Хромосомы дрожжей
Хромосомы дрожжей
По данным генетики у дрожжей семнадцать групп сцепления. До недавнего времени не существовало хороших методов приготовления цитологических препаратов хромосом дрожжей. Точно подсчитать их количество и определить размеры удалось впервые методом пульс- электрофореза, который позволяет разделять целые хромосомы. Отождествить каждую хромосому с группой сцепления удалось путем гибридизации с проклонированными генами, локализация которых была известна. Двенадцать полос на электрофореграмме соответствовали шестнадцати группам сцепления ( хромосомы XV и хромосомы VII , а также хромосомы XIII , хромосомы XVI , хромосомы VIII и хромосомы V мигрировали совместно) ( Carle, Olson, 1985 ). Хромосому XVII пока выявить не удалось. По генетическим данным эта хромосома очень маленькая, содержит только один ген KRB1 , который пока не проклонирован. Поэтому гибридизационная проба на эту хромосому отсутствует. Тем не менее можно с уверенностью утверждать, что на электрофореграмме этой хромосомы нет. Известно, что минимальный размер хромосомы, при которой она стабильна - 100 т.п.н. Метод ортогонального гель-электрофореза позволяет выявить и гораздо меньшие молекулы (до 20 т.п.н.). Исключена также возможность совместной миграции этой хромосомы с какой-либо из остальных шестнадцати (совместную миграцию легко выявить по более высокой интенсивности свечения). Поэтому было высказано предположение, что KRB1 находится на очень маленькой центромерсодержащей кольцевой плазмиде или на бесцентромерной плазмиде, причем последняя упорядоченно сегрегирует в митозе и мейозе ( Mortimer et al., 1989 ).
Общая длина хромосомного генома составляет 1,25х10000 т.п.н. (4,2х1000 мкм). При сравнении ее с длиной синаптонемных комплексов в мейозе видно, что хромосомы компактизованы до 1% их длины. Размер наименьшей хромосомы (I) - 242 т.п.н., наибольшей (XII) - 2350 т.п.н., т.е. даже самая крупная хромосома дрожжей меньше бактериальной (нуклеоид кишечной палочки имеет длину 4000 т.п.н.). Если сопоставить физическую длину хромосом с длиной групп сцепления, то средняя частота кроссинговера составляет 0,34 сМ/т.п.н. Для крупных хромосом эта частота сходна с усредненной, а для небольших (I, III, VI, IX) -выше средней. Это совпадает с экспериментальными данными ( Kaback et al., 1989 ).
При сравнении штаммов из разных коллекций и природных изолятов можно выявить полиморфизм по длине и строению теломеров ( Carle, Olson, 1985 ; Jager, Philippsen, 1989 ). Отмечены редкие случаи полиморфизма, не связанного с теломерными последовательностями, - полиморфизм по длине рестрикционных фрагментов ( Eibel et al., 1980 ; Olson et al., 1979 ; Petes, 1979 ). В ряде штаммов Берклейской коллекции обнаружен полиморфизм длин следующих хромосом: хромосома I , хромосома III , хромосома VI и хромосома IX . Различия длин гомологов у этих хромосом обусловлены вставками длиной в 10-30 т.п.н. Различия длины гомологичных хромосом у штаммов Берклейской коллекции связаны с тем, что исходный гибрид был полиморфен. При сравнении штаммов Берклейской и Осакской коллекций выявили полиморфизм длин 14 хромосом, причем различие длин составляло от 10-40 т.п.н. для малых хромосом до более 100 т.п.н. для больших. Следует подчеркнуть, что большинство исследователей работает со штаммами одной коллекции, имеющими общее происхождение и генетически однородными, поэтому случаи выявления полиморфизма редки.
Ссылки:
Все ссылкиmedbiol.ru
Созданы дрожжи с искусственными хромосомами
Клетки дрожжей с окрашенными вакуолями
2014, Henderson et al., eLife
Крупная международная коллаборация биологов рассказала о завершении работы над 6 из 16 синтетических хромосом дрожжей. Ученым удалось не только химически синтезировать треть генома первого ядерного организма, но и немного «подчистиить» и компактизовать этот геном, а также внести изменения, облегчающие дальнейшие манипуляции с «синтетическими дрожжами». Отчет об исследовании и результаты работы опубликованы в пяти статьях, вышедших в специальном номере журнала Science.
Значительное падение стоимости химического синтеза ДНК за последние 20-30 лет открыло для биологов потенциальную возможность не только проводить точечные вмешательства в геном обычными методами генной инженерии, но и переписывать геномы «с нуля». Такой подход позволяет вносить в ДНК гораздо более глобальные и глубокие изменения. Например, таким образом можно полностью вырезать «мусорные» или нежелательные последовательности, перегруппировать гены, расставить специальные метки вдоль ДНК для облегчения последующих манипуляций или даже глобально модифицировать генетический код.
Подобные работы относят к области т. н. «синтетической биологии», которая ставит перед собой задачу разработки системы генетических «запасных частей» и рационального дизайна на их основе новых синтетических организмов. Некоторые успехи в этом направлении уже есть: еще в 2003 году команде Крейга Вентера удалось собрать первый полностью синтетический геном вируса (бактериофага φX174), в 2010 году те же исследователи синтезировали геном бактерии Mycoplasma mycoides, а в марте прошлого года биологи представили «минимальную» версию этого организма, из которой были выброшены почти все «лишние» последовательности. Однако нынешние успехи в технологии синтеза и сборки геномов пока опережают прогресс в понимании механизмов их работы. Так, в геноме того же минимального синтетического Mycoplasma mycoides есть 149 (из 473) обязательных для жизни генов, функция которых до сих пор полностью неизвестна. Причем речь здесь идет именно об отсутсвии проверенных знаний о функциях самих генов, что же касается механизмов регуляции их работы или организации некодирующих последовательностей в геноме, то об этом авторы «искусственной жизни» знают еще меньше. Тем не менее, даже происходящее на данном этапе простое «списывание у природы» способно дать принципиально новую биологическую информацию, которая будет незаменима для последующего рационального моделирования живых систем.
Международная коллаборация Sc2.0, статьи которой вышли в специальном выпуске Science, ставит себе задачу технически даже более амбициозную, чем последний проект Института Вентера. Речь идет о полном синтезе генома пекарских дрожжей, — а в нем умещается почти вдесятеро больше генов, чем в минимизированной версии микоплазмы. Выбор именно дрожжей в качестве цели проекта объясняется тем, что, во-первых, из всех ядерных организмов у них один из самых маленьких геномов (сравнительная таблица имеется, например, здесь), во-вторых, дрожжи это хорошо изученная и удобная для манипуляций модельная система и, в-третьих, важность дрожжей для экономики сложно сопоставить с каким-либо другим микроорганизмом. Кроме того, здесь следует отметить, что организация генома, возможности синтеза белков и вообще строение клетки у бактерий и эукариот очень существенно отличаются. Поэтому синтетические работы, которые идут в том и другом направлениях во многом независимы друг от друга и в технологиях, и в результатах, хотя и основаны на одном и том же фундаменте — химическом синтезе олигонуклеотидов.
Работы по созданию «искусственных дрожжей» в проекте Sc2.0 разбиты среди исследовательских центров по отдельным хромосомам. Синтез происходит следующим образом: олигонуклеотиды собирают с помощью ПЦР в кусочки размером по 10 тысяч нуклеотидов, затем их сшивают друг с другом в «мегакусочки» длиной в 3-6 раз больше. Эти «мегакусочки», каждый из которых несет специальный (ауксотрофный) маркер для отбора на селективной среде, затем вставляют в дрожжевой геном. Уникальное свойство дрожжей, которое существенно облегчает внесение изменений в их геном заключается в том, что клеткам дрожжей достаточно наличия гомологичных последовательностей на концах фрагмента ДНК, чтобы вставить этот фрагмент в геном в ходе гомологичной рекомбинации. Если вставленный фрагмент будет нести ген синтеза необходимой дрожжам аминокислоты (которой нет в среде), то на чашке вырастут только такие клетки, в которых привнесенный фрагмент успешно встроился в геном. Постепенно вводя в геном по одному «мегакусочку» ученым на данный момент удалось полностью заменить на искусственные копии шесть с половиной из 16 хромосом гомологичного набора дрожжей. Пока каждая из этих хромосом «живет» отдельно в своем штамме, но ученые уже испытали метод их объединения в полностью искусственный набор.
Что касается изменений, которые отличают искусственный геном, то их можно разделить на несколько групп. Во-первых, это технические улучшения: ученые расставили вдоль генома сайты посадки эндонуклеаз, позволяющие удобно манипулировать ДНК, ввели набор маркеров, которые позволяют контролировать ход сборки генома по ПЦР и добавили серию сайтов для Cre-рекомбиназы, которая позволяет точечно вырезать любые интересующие исследователей гены. Во-вторых, это изменения самого генетического кода: из всего нового генома ученые удалили один из стоп-кодонов, в результате чего появился совершенно свободный триплет, который можно использовать, например, для введения в белки искусственных аминокислот. В-третьих, изменения касались оптимизации: из генома были удалены повторы, лишние гены транспортной РНК и почти все интроны (у дрожжей, в отличие от других эукариот, интронов почти и нет). Все эти изменения были спланированы и организованы заранее, для чего консорциуму понадобилось создать специальную программную среду, BioStudio, выпущенную под свободной лицензией.
Прогресс в синтезе искусственного генома дрожжей: синим показаны уже готовые хромосомы, желтым - остальные. Длина полосок соответствует длине хромосом, у каждой указан ответственный за работу институт.
Richardson, S.M., Science, 2017
В настоящее время последовательность всего генома уже просчитана, методика сборки из фрагментов опробована и идет техническая работа по синтезу оставшихся двух третей генома. Его общий размер должен составить 11,35 миллиона нуклеотидов — чуть меньше, чем природный 12-милионный геном. Подробнее о методах и успехах синтетической биологии можно прочитать здесь.
Александр Ершов
Дрожжи число хромосом - Справочник химика 21
Прочтение генетического кода генома человека стало центральной проблемой молекулярной биологии и генетики в конце 80-х годов. Национальные программы Геном человека были приняты во всех странах с-развитой наукой, в том числе и в бывшем Советском Союзе. В итоге за 10 лет интенсивной работы мирового сообщества на рубеже третьего тысячелетия вчерне расшифрована нуклеотидная последовательность генома человека, созданы физические карты каждой из 23 хромосом, идентифицированы гены, ответственные за многие наследственные заболевания. Полностью завершено секвенирование более десятка геномов микроорганизмов, растений, низших и высших эукариот. Возникли новые науки - геномика и протеоми-ка. Успехи в этих областях во многом обусловлены возможностью клонировать ДНК в искусственных хромосомах дрожжей (YA ). [c.72] Клонирование дрожжевых EN-областей. С помощью детального генетического картирования хромосом S. erevisiae выявлены некоторые гены, расположенные очень близко к центромерам. Например. ген МЕТЫ, необходимый для биосинтеза метионина, тесно сцеплен с центромерой хромосомы 11 ( fiVll). Такое сцепление позволило провести клонирование самой центромерной последовательности. С помощью дрожжевого синтетического плазмидного вектора была создана библиотека геномных последовательностей дрожжей, а затем выделена колония, содержащая плазмидный вектор с геном MfT 14 (рис. 9.49). По данным генетического анализа, эта плазмида, по-видимому, содержит также и функциональную центромеру, поскольку она стабильно сохраняется в дрожжевых клетках, число ее копий ограничивается одной плазмидой на клетку и она сегрегирует при митозе и мейозе как истинная мини-хромосома . Путем [c.210]chem21.info
Получены дрожжи с искусственными хромосомами
Команда ученых из Медицинского центра Лангон при Университете Нью-Йорка (New York University Langone) совместно с исследователями из других стран опубликовала впечатляющую серию статей, в которых изложены результаты проекта Synthetic Yeast 2.0.
Исследователям удалось создать 6 искусственных дрожжевых хромосом и ввести их в клетки пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Не исключено, что не за горами появление микроорганизма с полностью искусственным геномом – именно таким, который обеспечит наличие у организма тех свойств, которые задуманы учеными.
Хорошо известно, что в геноме присутствуют как кодирующие, так и некодирующие участки – так называемая «мусорная ДНК». Исследователи поясняют, что они в силах удалить «мусорные» фрагменты, переставить кодирующие участки или «переписать» содержащуюся в них информацию. Ученые выбрали в качестве объекта исследования именно пекарские дрожжи из-за того, что этот микроорганизм хорошо изучен и имеет сравнительно небольшой геном, на котором удобно экспериментировать.
Золотистый стафилококк вылетел на орбиту
В ходе реализации проекта по созданию искусственных дрожжевых хромосом исследователи сперва воспользовались компьютерным моделированием, что помогло создать последовательности каждой из 16 хромосом Saccharomyces cerevisiae. Затем последовательности подверглись изменениям – одни участки были удалены, а в другие внесены множественные замены.
Следующий этап – синтез коротких фрагментов ДНК и их соединение в более длинные куски. Наконец, финальная часть – внедрение искусственных хромосом в дрожжевой геном, постепенная замена ими настоящих.
Китайские специалисты опробовали метод генного редактирования на человеке
Джеф Боке (Jef Boeke) и его коллеги смогли заменить около трети генома искусственным кодом, а в перспективе собираются заменить всю дрожжевую ДНК той, которая будет синтезирована в лабораторных условиях – авторы планируют реализовать эту идею до конца 2017 года.
Искусственные хромосомы гораздо тоньше настоящих и содержат примерно миллион отличий на нуклеотидном уровне.
Исследователям удалось создать «удобный» для дальнейших генно-биотехнологических манипуляций геном – им удобно работать с получившимся дрожжевым штаммом, вырезая из него интересующие гены и заменяя их другими.
Пока ученым не удалось ввести в дрожжевой геном сразу все созданные ими искусственные хромосомы, но они уже вывели штамм, в котором присутствуют одновременно три из них. Авторы ожидают, что и 16 измененных хромосом будут функционировать как нужно.
Такой подход ученые собираются применять вовсе не для создания опасных химер или киборгов – они планируют таким образом синтезировать новые лекарства и вакцины, делать продукты более питательными, и даже выращивать органы, пригодные для трансплантации.
Работа Боке и его коллег продолжает серию более ранних исследований, проведенных другими учеными. Еще в 2003 году был получен бактериофаг φX174, обладающий полностью искусственным геномом, а весной 2016 было объявлено о создании Mycoplasma mycoides с «минимальным геномом», из которого исследователям удалось убрать все «избыточные» последовательности.
Нашли опечатку? Выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
med.vesti.ru
Получены дрожжи с 6 искусственными хромосомами
На прошлой неделе участники международного консорциума Sc2.0 объявили об очередном прорыве в области создания живых организмов с искусственным геномом: на этот раз учёным удалось синтезировать и пересадить в живые клетки шесть из шестнадцати хромосом пекарских дрожжей.
Клетки дрожжей под микроскопом
Синтетическая биология занимается либо воспроизведением того, что уже существует в природе, либо созданием таких элементов, которых в природе не существует вовсе. Сенсации в этой области начались с создания в 2003 году в лаборатории Крейга Вентнера искусственного генома бактериофага φX174 — вируса, который в своё время стал и первым организмом с полностью прочитанным геномом. Геном вируса состоял из 5386 «кирпичиков» ДНК — нуклеотидных оснований.
Затем последовал синтез генома бактерии, которым также занимался Крейг Вентнер, ставший к тому времени живой легендой. У природных Mycoplasma mycoides геном состоит из 1079 000 оснований. Команде Вентнера удалось минимизировать геном микоплазмы, «выбросив» из него гены, отсутствие которых не сказывалось на способности клетки жить и размножаться, и в версии 3.0 осталось всего 473 гена или 531 тысячи оснований — почти вдвое меньше, чем в оригинале. Бактерию с сокращенным и полностью искусственным геномом назвали Синтией и представили публике в 2010 году. В её геноме команда Вентнера зашифровала и кое-что, не имеющее отношение к жизнедеятельности клетки — адрес вебсайта лаборатории, имена ведущих исследователей и несколько цитат, в том числе одну — из Ричарда Фейнмана — о том, зачем всё это вообще нужно: «Я не смогу до конца понять то, чего не могу создать».
До некоторых пор Крейг Вентнер оставался пионером и единственным игроком на поле создания синтетических геномов, но после рождения Синтии стали появляться другие энтузиасты новой науки. Сейчас международный консорциум Synthetic Yeast Genome Project (Sc2.0) работает над созданием первого эукариотического организма с полностью искусственным геномом. Дело в том, что бактерии представляют собой очень простую форму жизни по сравнению с теми, у которых в клетке есть ядро — эукариотами. К последним относятся и дрожжи, и люди, и задача воссоздания генома эукариотов гораздо масштабнее. Так, у дрожжей ДНК состоит уже из 12,5 миллионов оснований — это на два порядка больше, чем у Mycoplasma mycoides.
Sc2.0 начали с одной хромосомы дрожжей (всего их 16), а на прошлой неделе вышел специальный номер журнала Science, состоящий из пяти работ участников консорциума, в которых описывались разные аспекты синтеза и дизайна ещё пяти хромосом. Искусственные хромосомы удалось пересадить в живые клетки как поодиночке, так и все вместе. Дрожжи с искусственными хромосомами активно размножаются и чувствуют себя отлично, что говорит о том, что при синтезе ДНК генетики не сделали ошибок, которые повлияли бы на жизнеспособность организма. Сейчас участники консорциума уверены в успехе проекта, окончательная цель которого — синтез всех 16 хромосом и создание первого сложного организма с искусственным геномом.
Пока синетические генетики занимаются своими экспериментами в основном ради самого процесса: ищутся и совершенствуются методы, создаётся специальное ПО, и, главное — раз за разом подтверждается самая возможность подобных манипуляций с геномом. В будущем живые существа, созданные компьютером и человеком, можно будет приспособить для выполнения специфических функций — например, производить лекарства или утилизировать отходы, в том числе и химические.
Источники:
- Крейг Вентер оглашает начало «синтетической жизни»
- Science Journal
cmtscience.ru
Получены дрожжи с 6 искусственными хромосомами – что это может дать?
Синтетическая биология занимается либо воспроизведением того, что уже существует в природе, либо созданием таких элементов, которых в природе не существует вовсе. Сенсации в этой области начались с создания в 2003 году в лаборатории Крейга Вентнера искусственного генома бактериофага φX174 — вируса, который в своё время стал и первым организмом с полностью прочитанным геномом. Геном вируса состоял из 5386 «кирпичиков» ДНК — нуклеотидных оснований.
Затем последовал синтез генома бактерии, которым также занимался Крейг Вентнер, ставший к тому времени живой легендой. У природных Mycoplasma mycoides геном состоит из 1079 000 оснований. Команде Вентнера удалось минимизировать геном микоплазмы, «выбросив» из него гены, отсутствие которых не сказывалось на способности клетки жить и размножаться, и в версии 3.0 осталось всего 473 гена или 531 тысячи оснований — почти вдвое меньше, чем в оригинале. Бактерию с сокращенным и полностью искусственным геномом назвали Синтией и представили публике в 2010 году. В её геноме команда Вентнера зашифровала и кое-что, не имеющее отношение к жизнедеятельности клетки — адрес вебсайта лаборатории, имена ведущих исследователей и несколько цитат, в том числе одну — из Ричарда Фейнмана — о том, зачем всё это вообще нужно: «Я не смогу до конца понять то, чего не могу создать».
До некоторых пор Крейг Вентнер оставался пионером и единственным игроком на поле создания синтетических геномов, но после рождения Синтии стали появляться другие энтузиасты новой науки. Сейчас международный консорциум Synthetic Yeast Genome Project (Sc2.0) работает над созданием первого эукариотического организма с полностью искусственным геномом. Дело в том, что бактерии представляют собой очень простую форму жизни по сравнению с теми, у которых в клетке есть ядро — эукариотами. К последним относятся и дрожжи, и люди, и задача воссоздания генома эукариотов гораздо масштабнее. Так, у дрожжей ДНК состоит уже из 12,5 миллионов оснований — это на два порядка больше, чем у Mycoplasma mycoides.
Sc2.0 начали с одной хромосомы дрожжей (всего их 16), а на прошлой неделе вышел специальный номер журнала Science, состоящий из пяти работ участников консорциума, в которых описывались разные аспекты синтеза и дизайна ещё пяти хромосом. Искусственные хромосомы удалось пересадить в живые клетки как поодиночке, так и все вместе. Дрожжи с искусственными хромосомами активно размножаются и чувствуют себя отлично, что говорит о том, что при синтезе ДНК генетики не сделали ошибок, которые повлияли бы на жизнеспособность организма. Сейчас участники консорциума уверены в успехе проекта, окончательная цель которого — синтез всех 16 хромосом и создание первого сложного организма с искусственным геномом.
Пока синетические генетики занимаются своими экспериментами в основном ради самого процесса: ищутся и совершенствуются методы, создаётся специальное ПО, и, главное — раз за разом подтверждается самая возможность подобных манипуляций с геномом. В будущем живые существа, созданные компьютером и человеком, можно будет приспособить для выполнения специфических функций — например, производить лекарства или утилизировать отходы, в том числе и химические.
zhizninauka.info
| Вид | 2n |
| Человек (Homo sapiens) | 46 |
| Горилла | 48 |
| Макака (Macaca mulatta) | 42 |
| домашние животные | |
| Кошка (Felis domesticus) | 38 |
| Собака (Canis familiaris) | 78 |
| Кролик | 44 |
| Лошадь | 64 |
| Корова (Bovis domesticus) | 120 |
| Курица (Gallus domesticus) | 78 |
| Утка | 80 |
| Свинья | 40 |
| Овца | 54 |
| лабораторные животные | |
| Плодовая мушка (D.melanogaster) | 8 |
| Морской еж (Strongylocentrotus purpuratus) | 42 |
| Шпорцевая лягушка (Xenopus laevis) | 36 |
| Мышь (Mus musculus) | 40 |
| Дрожжи (S.cerevisiae) | 32 |
| Нематода | 22/24 |
| Крыса | 42 |
| Морская свинка | 16 |
| позвоночные | |
| Еж | 96 |
| Лиса | 34 |
| Голубь | 16 |
| Карп | 104 |
| Минога | 174 |
| Лягушка (Rana pipiens) | 26 |
| Cазан | 104 |
| растения | |
| Клевер | 14 |
| Тополь | 38 |
| Кукуруза (Zea mays) | 20 |
| Горох | 14 |
| Береза | 84 |
| Ель | 24 |
| Лук (Allium cepa) | 16 |
| Арабидопсис (Arabidopsis thaliana) | 10 |
| Картошка (S.tuberosum) | 48 |
| Ужовник | 48 |
| лилия | 24 |
| Хвощ | 216 |
| Томат | 24 |
| Крыжовник | 16 |
| Вишня | 32 |
| Рожь | 14 |
| Пшеница | 42 |
| Папоротник | ~1200 |
| беспозвоночные | |
| Миксомицеты | 14 |
| Трипаносома | ? |
| Бабочка | 380 |
| Шелкопряд | 56 |
| Протей (Necturus maculosis) | 38 |
| Рак (Cambarus clarkii) | 200 |
| Гидра | 30 |
| Аскарида | 2 |
| Пчела | 16 |
| Муравей (Myrmecia pilosula) | 2 |
| Виноградная улитка | 24 |
| Земляной червь | 36 |
| Речной рак | 116 |
| Малярийный плазмодий | 2 |
| Радиолярия | 1600 |
www.cellbiol.ru
 |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
 Пример видео 3 |  Пример видео 2 |  Пример видео 6 |  Пример видео 1 |  Пример видео 5 |  Пример видео 4 |
Администрация муниципального образования «Городское поселение – г.Осташков»