Forscher der Macquarie University haben gemeinsam mit einem internationalen Wissenschaftlerteam einen wichtigen Meilenstein in der synthetischen Biologie erreicht, indem sie die Erstellung des letzten Chromosoms im weltweit ersten synthetischen Hefegenom abgeschlossen haben.
Dieser Erfolg stellt den Abschluss des globalen Sc2.0-Projekts zur Schaffung des weltweit ersten synthetischen eukaryotischen Genoms aus Saccharomyces cerevisiae (Bäckerhefe) und eines in der Natur neuartigen tRNA-Neochromosoms dar.
Mithilfe modernster Genom-Editierungstechniken, darunter dem CRISPR D-BUGS-Protokoll, identifizierte und korrigierte das Team genetische Fehler, die das Hefewachstum beeinträchtigten. Diese Änderungen stellten die Fähigkeit des Stammes wieder her, bei erhöhten Temperaturen auf Glycerin, einer wichtigen Kohlenstoffquelle, zu wachsen.
Der Durchbruch, der diese Woche in Nature Communications veröffentlicht wurde , zeigt, wie künstlich erzeugte Chromosomen entworfen, gebaut und verbessert werden können, um widerstandsfähigere Organismen zu schaffen, die angesichts des Klimawandels und künftiger Pandemien dazu beitragen könnten, die Lieferketten für die Lebensmittel- und Medikamentenproduktion zu sichern.
„Dies ist ein Meilenstein in der synthetischen Biologie“, sagt Professor Sakkie Pretorius, Co-Chefforscherin und stellvertretende Vizekanzlerin (Forschung) der Macquarie University.
„Es ist das letzte Teil eines Puzzles, das die Forscher der synthetischen Biologie schon seit vielen Jahren beschäftigt.“
Das Forschungsteam verwendete spezielle Werkzeuge zur Genom-Editierung, um Probleme im synthetischen Chromosom zu identifizieren und zu beheben, die die Reproduktions- und Wachstumsfähigkeiten der Hefe unter schwierigen Bedingungen beeinträchtigten.
Sie entdeckten, dass die Platzierung genetischer Markierungen in der Nähe unsicherer Genregionen unbeabsichtigt die An- und Abschaltung wichtiger Gene beeinflusste und sich insbesondere auf entscheidende Prozesse wie den Kupferstoffwechsel und die Aufteilung des genetischen Materials durch Zellen auswirkte.
„Eine unserer wichtigsten Erkenntnisse war, wie die Positionierung genetischer Marker die Expression wichtiger Gene stören kann“, sagt Co-Leitautor Dr. Hugh Goold, Forschungswissenschaftler am NSW Department of Primary Industries und ehrenamtlicher Postdoktorand an der School of Natural Sciences der Macquarie University.
„Diese Entdeckung hat wichtige Auswirkungen auf zukünftige Genomtechnikprojekte und hilft dabei, Designprinzipien zu etablieren, die auf andere Organismen angewendet werden können.“
Die Vervollständigung des als synXVI bekannten Chromosoms ermöglicht es Wissenschaftlern, neue Möglichkeiten in der Stoffwechseltechnik und Stammoptimierung zu erkunden. Das synthetische Chromosom enthält Funktionen, die es Forschern ermöglichen, genetische Vielfalt nach Bedarf zu erzeugen und so die Entwicklung von Hefen mit verbesserten Fähigkeiten für biotechnologische Anwendungen zu beschleunigen.
„Das synthetische Hefegenom stellt einen Quantensprung in unserer Fähigkeit dar, Biologie zu verändern“, sagt Dr. Briardo Llorente, wissenschaftlicher Leiter der Australian Genome Foundry.
