Merevolusi biologi: genom ragi semisintetik mengungkapkan cakrawala baru dalam rekayasa genetika

DNA sintetik mungkin tampak seperti fiksi ilmiah, tetapi dengan cepat menjadi kenyataan. Para peneliti telah menciptakan sel ragi yang mengandung lebih dari 50% genom buatan, termasuk kromosom buatan pertama di dunia.

Para ilmuwan sebelumnya telah menghasilkan genom bakteri dan virus buatan, tetapi langkah selanjutnya adalah eukariota, sebuah sel yang seluruh genomnya terletak di dalam inti yang terikat membran. Ragi mungkin merupakan pilihan alami untuk hal ini, misalnya ragi roti (ragi anggur) memiliki genom kompak yang hanya terdiri dari 16 kromosom dan memiliki kemampuan bawaan untuk menghubungkan DNA bersama.

Namun, para peneliti yang terlibat dalam proyek Synthetic Yeast Genome (Sc2.0) ingin melakukan sesuatu yang sedikit berbeda dari sekadar mensintesis DNA, dengan memberikan genom “perancang” pada ragi. “Kami memutuskan bahwa penting untuk menghasilkan sesuatu yang sangat dipengaruhi oleh desain alam,” kata penulis utama dan pemimpin Sc2.0 Jeff Buckey dalam makalah tersebut. penyataan. “Tujuan utama kami adalah membuat ragi yang dapat mengajari kami biologi baru.”

Membuat genom buatan

Tim pertama-tama menghapus apa yang disebut DNA “sampah” dari genom dan menggantinya dengan potongan DNA baru untuk membantu mereka membedakan antara gen sintetis dan asli, dan kemudian merombak urutan gen. Ada juga penghapusan besar lainnya yang harus dilakukan – gen tRNA.

Meskipun protein yang dikodekannya memainkan peran penting di dalam sel, gen tRNA juga membuat genom ragi tidak stabil. Dalam sebuah langkah revolusioner, para peneliti menghapusnya dan memindahkannya ke ‘kromosom baru’ yang sepenuhnya baru berdasarkan gen t-RNA. “Kromosom tRNA baru adalah kromosom buatan pertama di dunia,” kata rekan penulis Patrick Yezi Cai. “Tidak ada yang seperti ini di alam.”

Bersamaan dengan kromosom baru, para peneliti merakit setiap kromosom secara independen, sebelum menciptakan 16 strain ragi buatan, masing-masing berisi 15 kromosom normal dan satu kromosom buatan.

Satukan potongan-potongan itu

Kemudian tibalah bagian tersulitnya: mengumpulkan semua kromosom buatan ke dalam satu sel ragi. Hal ini melibatkan kombinasi teknik genetika klasik – hibridisasi – dan beberapa pendekatan baru. Hibridisasi berjalan lambat, dan meskipun ragi yang dihasilkan mengandung lebih dari 30% genom sintetik, para peneliti mencari lebih banyak lagi.

Setelah menggunakan metode baru yang disebut penggantian kromosom dan teknologi serupa dengan CRISPR/Cas9 untuk memperbaiki cacat genetik, mereka dapat memperoleh satu sel ragi yang mengandung lebih dari 50% DNA sintetik. Memanipulasi genomnya dapat membuat ragi tumbuh atau terlihat tidak normal, namun berkat pembuatan yang hati-hati, ragi tersebut dapat bertahan dan berkembang biak seperti ragi liar.

“Tim kini telah menulis ulang sistem operasi ragi yang sedang berkembang, membuka era baru dalam rekayasa biologi – beralih dari mengutak-atik segelintir gen hingga merancang dan membangun seluruh genom secara de novo,” kata Kay.

Langkah selanjutnya

Ragi telah lama menjadi bahan pokok dalam produksi makanan dan minuman – itulah alasan kita memiliki roti dan bir yang layak, semua orang mengucapkan “Terima kasih, ragi” – dan dalam sains, karena memproduksi bahan kimia dan sebagai organisme model. Dengan menggunakan DNA sintetik, kita dapat membuat banyak kemajuan dalam bidang ini, seperti yang dijelaskan oleh Ben Blunt, salah satu ilmuwan terkemuka dalam artikelnya. penyataan.

“Kromosom buatan merupakan pencapaian teknis yang luar biasa, namun mereka juga akan membuka sejumlah kemampuan baru dalam cara kita mempelajari dan menerapkan biologi. Hal ini dapat berkisar dari menciptakan strain mikroba baru untuk bioproduksi yang lebih ramah lingkungan, hingga membantu kita memahami dan mengendalikan penyakit. .”

Langkah selanjutnya adalah menggabungkan 16 kromosom buatan menjadi satu sel ragi. Ini tidak mudah, namun peneliti optimis. “Kita sekarang masih jauh dari garis akhir untuk memiliki 16 kromosom dalam satu sel,” kata Bucky.

“Saya suka menyebutnya sebagai akhir dari permulaan, bukan awal dari akhir, karena dengan begitu kita akan benar-benar dapat mulai mencampurkan permukaan tersebut dan menghasilkan ragi yang dapat melakukan hal-hal yang belum pernah kita lihat sebelumnya.”

Studi ini dipublikasikan di jurnal sel.