В геноме человека содержится около 20 тысяч генов и ученым не известно о том, в чем заключаются функции большинства из них. У простейших микроорганизмов и бактерий геном состоит из 4-5 тысяч генов. А сейчас ученые пытаются выяснить минимальное количество генов, при котором организм продолжает оставаться в жизнеспособном состоянии. И все это является отправной точкой исследований, направленных на выяснение функций каждого отдельного гена.
Международная группа ученых, возглавляемая учеными из института Дж. Крэйга Вентера (J. Craig Venter Institute), Калифорния, синтезировала жизнеспособные клетки, в геноме которых содержится самое маленькое количество генов — 473. Проведенные исследования уже дали ученым ответы на некоторые из фундаментальных вопросов в области биологии, более того, они являются первыми шагами к технологиям выращивания синтетических клеток для их дальнейшего практического применения в медицине и промышленности.
В основе нынешней работы лежит работа этой же группы ученых, которая была проведена в 2010 году. Тогда ученым удалось синтезировать первую способную к самовоспроизведению живую клетку Syn1.0, в геноме которой насчитывалось в два раза большее количество пар оснований, чем в новой клетке Syn3.0. Ученые сами признают, что двукратное уменьшение количества генов заняло у них гораздо больше времени, чем они ожидали сами.
Процесс «обрезки» генома усложнялся наличием целого рада критериев. Синтетическая клетка должна была быть в состоянии самовоспроизводиться, при этом, делать это достаточно быстро, чтобы за процессом можно было наблюдать в лабораторных условиях. Ученые начали с полного генома бактерий вида Mycoplasma mycoides, который был разделен на восемь частей, обработка которых производилась отдельно друг от друга.
Вырезая участки генома, ученые постепенно «выбили» те гены, которые были неважны для процессов жизнедеятельности. К удивлению, они нашли массу генов, охарактеризованных термином «квазиважные», пары генов, которые функционируют в тандеме. Некоторые из генов, работающих в парах, продолжают функционировать и поодиночке, но клетка теряет функцию этих генов, когда оба гена исключаются из генома. Исследователи сравнивают такие пары генов с двигателями самолета — «Если двигатель на одном крыле перестает работать, то самолет еще может лететь и совершить посадку на втором двигателе. Но если оба двигателя выходят из строя — это приводит к катастрофе» — рассказывает Крэйг Вентер (Craig Venter).
В конце многочисленных удачных и неудачных процедур по вырезке генов у ученых получилась клетка, геном которой состоит из 473 генов, которая способна производить молекулы РНК и других белков. Ученые признают, что данное количество, вероятно, является не самым минимальным, но если из генома убрать некоторые несущественные гены, то синтетические клетки будут расти и самовоспроизводиться гораздо более медленными темпами.
Но даже среди минимального числа генов ученым не известны функции порядка третьей части из них. Это служит доказательством тому, что ученые знают крайне и крайне мало о базовых принципах биологии и физиологии живых организмов. Но дальнейшие работы в данном направлении позволят узнать функции отдельных генов и ликвидировать больше «белых пятен» в знаниях, и это может привести к разработке новых методов лечения некоторых генетических заболеваний.
