Menneskeskapt kromosom puttet inn i levende sopp-celle

Menneskets urgamle følgesvenn i brød, vin og øl har nå for første gang fått et menneskeskapt  kromosom. Resultatet kan bli bedre vaksiner, biodrivstoff - og kanskje øl?

Publisert
Gjærsoppen Saccharomyces cerevisiae, vanlig ølgjær, ble brukt i forsøkene der et kromosom i en eukaryot celle med cellekjerne ble designet og bygget opp kunstig for første gang. (Foto: Fra video av NYU Langone Medical Center, 2014)
Gjærsoppen Saccharomyces cerevisiae, vanlig ølgjær, ble brukt i forsøkene der et kromosom i en eukaryot celle med cellekjerne ble designet og bygget opp kunstig for første gang. (Foto: Fra video av NYU Langone Medical Center, 2014)

Forskerne har brukt det som kalles ølgjær eller bryggerigjær, og erstattet ett av 16 kromosomer i  arvestoffet med et kunstig endret arvestoff.

- Dette er en stor prestasjon, sier professor Kjetill S. Jakobsen ved Universitetet i Oslo til  forskning.no.

- Tidligere har man klart å lage såkalte designorganismer av bakterier, men de har en enklere type  celle der arvestoffet flyter fritt i celleplasmaet.

- Gjærsopp er derimot en såkalt eukaryot celle, med arvestoffet i form av kromosomer inne i en cellekjerne. Det er et  ganske stort sprang til å klare det samme med en eukaryot celle, sier Jakobsen.

Fjerner og endrer gener

En forskergruppe ledet av Jef Boeke og Narayana Annaluru fra John Hopkins University har brukt et  dataprogram til å forandre rekkefølgen på nukleotidene - eller genbokstavene i arvestoffet.

Forskerne bygget de opp hele kromosomet på nytt, genbokstav for genbokstav. Forsøk viste at  gjærsopp med det kunstige kromosomet oppførte seg helt som vanlig gjærsopp.

Forskerne satte også inn spesielle markører i arvestoffet. Markørene ble plassert ved gener som  forskerne antar er delvis overflødige.

Jef Boeke og Narayana Annaluru i laboratoriet. (Foto: Fra video av NYU Langone Medical Center, 2014)
Jef Boeke og Narayana Annaluru i laboratoriet. (Foto: Fra video av NYU Langone Medical Center, 2014)

Markørene gjorde det mulig å få svar på spørsmålet: Hvor mye kan vi fjerne av disse mindre viktige  genene eller endre rekkefølgen på dem før gjærsoppen begynner å oppføre seg annerledes?

Noen av disse endringene fikk gjærsoppen til å vokse langsommere. Andre fikk dem til å vokse  raskere.

Menneskets gamle følgesvenn

Forskerne hadde flere gode grunner til å velge nettopp gjær som den første eukaryote cellen der de  skulle prøve å lage det første kunstige arvestoffet.

- Gjær har en lang industriell forhistorie sammen med menneskene, sier Jef Boeke i en video fra  tidsskriftet Science, der studien er publisert på nettstedet Science Express.

- Vi har kultivert gjær helt siden jordbruket oppstod i Midt-Østen, og menneske og gjær har levd  sammen og samarbeidet godt om å lage brød, vin og øl, fortsetter han.

Men målet til forskerne er ikke bare å lage bedre brød, vin og øl. I dag brukes gjærsopp også til å  lage biodrivstoff, vaksiner og spesielle kjemikalier.

- Dette kommer til å lære oss mye nytt om biologi, og vil føre til praktiske anvendelser innen  bioteknologisk industri, sier Boeke.

Enkel celle

Kjetill Jakobsen (Foto: Universitetet i Oslo)
Kjetill Jakobsen (Foto: Universitetet i Oslo)

Cellene i gjærsopp er altså av samme type som i planter, dyr og mennesker, med cellekjerne og  spesialiserte organeller i cellevæsken. Hvor stort er da spranget til designerdyr og mennesker?

- En gjærcelle regnes som veldig enkel. Den er godt beskrevet genetisk, og forholdsvis lett å  forandre, sier Kjetill S. Jakobsen.

- Cellene i mennesker har veldig mye mer DNA i sitt arvestoff.  Kromosomene er også mer komplekse, fortsetter han.

Stort framskritt

- Det at kromosomene er mer komplekse, innebærer for eksempel at et gen i seg selv ikke er nok for  å beskrive en egenskap. Det er også viktig å se på sammenhengen genet står i, genene omkring.

- Det tilsvarer at en setning i en tekst kan skifte mening ut fra hvor den plasseres i konteksten,  poengterer Jakobsen.

Deler av kromosom III, ett av 17 kromosomer i gjærsoppen er designet kunstig. Gule områder er deler av genet som forskerne fjernet. Knappenålene er steder der kromosomet er endret. (Foto: (Illustrasjon: Science/Lucy Reading-Ikkanda))
Deler av kromosom III, ett av 17 kromosomer i gjærsoppen er designet kunstig. Gule områder er deler av genet som forskerne fjernet. Knappenålene er steder der kromosomet er endret. (Foto: (Illustrasjon: Science/Lucy Reading-Ikkanda))

Han understreker også at ingen ennå har klart å lage en designorganisme helt fra bunnen.

- Det forskerne gjør, er å sette nytt arvestoff inn i en allerede levende celle, sier Jakobsen.

Likevel mener han at vi ser konturene av et stort framskritt innen syntetisk biologi.

- Denne grenen av biologien vil få stor oppmerksomhet i årene som kommer, avslutter Jakobsen.

Referanse:

Narayana Annaluru: Total Synthesis of a Functional Designer Eukaryotic Chromosome, Sciencexpress, 27. mars 2014, 10.1126/science.1249252