Arbejdet, som ifølge mediet Phys er offentliggjort i Cell Genomics, repræsenterer færdiggørelsen af et af de 16 kromosomer i gærsvampen af det britiske hold, der er en del af det største projekt nogensinde inden for syntetisk biologi.
Samarbejdet, der er kendt som 'Sc2.0', har været et 15-årigt projekt med deltagelse af hold fra hele verden (Storbritannien, USA, Kina, Singapore, Frankrig og Australien), der arbejder sammen for at lave syntetiske versioner af alle gærens kromosomer.
Samtidig med denne artikel er yderligere ni publikationer blevet frigivet af andre teams, der beskriver deres syntetiske kromosomer. Den endelige færdiggørelse af genomprojektet - det største syntetiske genom nogensinde - forventes at være færdigt i løbet af i år.
Denne indsats er den første til at bygge et syntetisk genom af en eukaryot - en levende organisme med en kerne, herunder dyr, planter og svampe. Gær var den valgte organisme til projektet, da det har et relativt kompakt genom og en iboende evne til at sy DNA sammen, hvilket tillod forskerne at bygge syntetiske kromosomer ind i gærcellerne.
Mennesker har en lang historie med gær, da vi har domesticeret det til bagning og brygning gennem tusinder af år, men også brugt det til kemisk produktion og som en modelorganisme for hvordan vores egne celler fungerer. Dette forhold betyder, at vi ved mere om gærens genetik end nogen anden organisme. Disse faktorer gjorde gær til det oplagte valg.
Det britiske hold, ledet af Dr. Ben Blount fra University of Nottingham og Professor Tom Ellis ved Imperial College London, har nu rapporteret færdiggørelsen af deres kromosom: kromosom XI. Projektet med at bygge kromosomet har taget 10 år, og DNA-sekvensen består af omkring 660.000 basepar - som er 'bogstaverne', der udgør DNA-koden.
Det syntetiske kromosom har erstattet et af de naturlige kromosomer i en gærcelle og, efter en omhyggelig fejlretningsproces, tillades nu cellen at vokse med samme fitnessniveau som en naturlig celle. Det syntetiske genom vil ikke kun hjælpe forskere med at forstå, hvordan genomer fungerer, men det vil også have mange anvendelsesmuligheder.
I stedet for at være en direkte kopi af det naturlige genom, er det syntetiske genom designet med nye funktioner, der giver celler nye evner, som ikke findes i naturen. En af disse funktioner tillader forskere at tvinge cellerne til at blande deres indhold, hvilket skaber millioner af forskellige versioner af cellerne med forskellige egenskaber.
Individuelle celler kan derefter vælges med forbedrede egenskaber til en bred vifte af anvendelser inden for medicin, bioenergi og bioteknologi. Processen er effektivt en form for superladet evolution.
Holdet har også vist, at deres kromosom kan omdannes til et nyt system til at studere ekstrakromosomale cirkulære DNA'er (eccDNA'er). Disse er fritflydende DNA-cirkler, der er 'løbet ud' af genomet og bliver i stigende grad anerkendt som faktorer i aldring og som en årsag til ondartet vækst og kemoterapeutisk lægemiddelresistens i mange kræftformer, herunder glioblastoma hjernetumorer.
Dr. Ben Blount, en af de ledende forskere på projektet, er lektor ved School of Life Sciences ved University of Nottingham.
"De syntetiske kromosomer er massive tekniske præstationer i sig selv, men vil også åbne op for en bred vifte af nye evner til, hvordan vi studerer og anvender biologi. Dette kan spænde fra at skabe nye mikrobielle stammer til grønnere bioproduktion til at hjælpe os med at forstå og bekæmpe sygdom," sagde han.
"Det syntetiske gærgenomprojekt er et fantastisk eksempel på videnskab i stor skala, der er opnået af en stor gruppe forskere fra hele verden. Det har været en stor oplevelse at være en del af en så monumental indsats, hvor alle involverede stræbte efter det samme fælles mål."
"Ved at konstruere et redesignet kromosom fra telomer til telomer og vise, at det kan erstatte et naturligt kromosom uden problemer, etablerer vores holds arbejde fundamentet for design og fremstilling af syntetiske kromosomer og endda genomer for komplekse organismer som planter og dyr," sagde professor Tom Ellis fra Center for Synthetic Biology og Department of Bioengineering ved Imperial College London.
Udover lederne fra Nottingham og Imperial College London inkluderer det britiske team også forskere fra universiteterne i Edinburgh, Cambridge og Manchester i Storbritannien, samt John Hopkins University og New York University Langone Health i USA og Universidad Nacional Autónoma de México, Querétaro i Mexico.
