CRISPR позволил уместить геном целого организма в одной хромосоме
Logo
Cover

ДНК пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae распределена по 16 хромосомам. Используя CRISPR, ученые смогли «перезаписать» ее, сократив количество хромосом до одной-двух. При этом дрожжи с искусственной ДНК успешно размножались одним из двух доступных способов.

514

Подобно людям, одноклеточные дрожжи относятся к эукариотам — это значит, что их ДНК хранится в ядре клетки, распределенная по нескольким хромосомам. Однако количество хромосом у разных живых организмов сильно отличается, и, по-видимому, не коррелирует с количеством генетической информации. Исследования, о которых рассказывает Nature, позволяют лучше понять, почему организмы разделяют свой геном на отдельные хромосомы.

Ученые из Шанхайского института физиологии и экологии растений (Китай) предположили, что число хромосом может быть случайной величиной, которая закрепилась в ходе эволюции. А значит, нет ни единой причины, почему дрожжи с 16 хромосомами будут более живучими, чем их сородичи с одной.

Чтобы проверить это предположение, исследователи решили уместить весь геном дрожжей на одной хромосоме.

Ранее им уже удавалось успешно манипулировать ДНК этих организмов: они разбивали 16 хромосом на 33 и сливали вместе по две и четыре хромосомы. При этом дрожжи всякий раз оставались жизнеспособными. Однако новая задача оказалась непростой даже для опытной команды. Первые попытки окончились неудачно, и исследователи обратились к инструменту CRISPR-Cas9.  С его помощью они отрезали от хромосом теломеры, защищающие их от потери информации, и центромеры, которые играют важную роль при делении. Затем оставшиеся фрагменты хромосом сливали вместе, пока все 16 не были соединены в одну хромосому.

Одновременно с китайскими исследователями аналогичную работу проводили ученые из Нью-йоркского университета (США), сообщает Futurism. Они также воспользовались CRISPR и получили две сверхдлинные хромосомы. Правда, слить их в одну у них не получилось. Возможно, причина в том, что китайская команда удалила 19 генетических повторов, которые могли помешать слиянию хромосом. Или же им просто повезло найти удачную последовательность их соединения.

Оба штамма модифицированных дрожжей — и китайский, и американский — оказались удивительно жизнеспособными. Под микроскопом они выглядели как обычные дрожжи, а генетическая трансформация почти не повлияла на активность их генов.

При этом американский штамм с двумя хромосомами размножался бесполым путем так же эффективно, как его природные сородичи, а китайский делился медленнее. Единственной серьезной проблемой дрожжей оказалось половое размножение. Китайский штамм производил намного меньше спор, чем дрожжи с 16 хромосомами. Американская команда также столкнулась с препятствиями при попытке размножить дрожжи половым путем.

Впрочем, этот недостаток может оказаться полезным: в случае утечки он не позволит генетически модифицированным дрожжам неконтролируемо размножаться в дикой природе.

Исследователи также полагают, что дрожжи с одной и двумя хромосомами можно считать новыми видами. Несмотря на то, что их геном практически идентичен природным штаммам, они уже не смогут вступать с ними в половое размножение. Таким образом, изменение количества хромосом может оказаться важным фактором видообразования.

Ученые также надеются, что изучение модифицированных дрожжей позволит узнать, почему почти все эукариоты распределяют свою ДНК по нескольким хромосомам, хотя достаточно только одной.

Генное редактирование считается главной биотехнологией современности. Оно позволяет не только проводить фундаментальные исследования, но и создавать практические решения в медицине, промышленности и сельском хозяйстве. Для тех, кто хочет лучше понять CRISPR, Хайтек+ опубликовал «краткий путеводитель» по генному редактированию.