En gruppe amerikanske forskere og studerende har som de første nogensinde skabt et fuldt fungerende kunstigt kromosom hos en gærsvamp.

Forskerne har brugt det, der kaldes ølgær og erstattet et af de 16 kromosomer i arvematerialet med et kunstigt ændret arvemateriale.

»Det er en stor præstation,« siger Kjetill S. Jakobsen ved Universitetet i Oslo til forskning.no.

»Tidligere har man formået at lave såkaldte designorganismer af bakterier, men de har en enklere celletype, hvor arvematerialet flyder frit i celleplasmaet.«

»Gærsvamp er derimod en såkaldt eukaryot celle,« siger Kjetill Jakobsen.

Forskere har genopbygget kunstigt kromosom

En gruppe forskere har under ledelse af Jef Boeke og Narayana Annaluru fra John Hopkins University brugt et computerprogram til at ændre på rækkefølgen af nukleotiderne – eller genbogstaverne i arvematerialet.

Forskerne genopbyggede hele kromosomet på ny, gen-bogstav for gen-bogstav.

Forsøg viste, at gærsvampen med kunstige kromosom opførte sig præcis som almindelig gærsvamp. Forskerne indsatte også specielle markører i arvematerialet. Markørerne blev placeret ved gener, som forskerne antager er delvist overflødige.

Gærsvampen Saccharomyces cerevisiae, også kaldet ølgær, blev brugt i forsøgene, hvor et kromosom i en eukaryot celle med cellekerne blev designet og bygget kunstigt op for første gang. (Foto: Fra video af NYU Langone Medical Center, 2014)

Markørerne gjorde det muligt at få svar på følgende spørgsmål: Hvor meget kan vi fjerne eller ændre rækkefølgen på disse mindre vigtige gener, før gærsvampen begynder at opføre sig anderledes?

Nogle af ændringerne fik gærsvampen til at vokse langsommere, mens andre fik dem til at vokse hurtigere. 

Mennesker og gær har en fælles historie

Forskerne havde flere gode grunde til at vælge netop gær som den første eukaryot til prøve at lave det første kunstige arvemateriale.

»Gær har en lang industriel forhistorie sammen med mennesker,« siger Jeff Boeke i en video til tidsskriftet Science, hvor studiet er publiceret på internetsiden Science Express.

»Vi har kultiveret gær lige siden landbruget opstod i Mellemøsten, og mennesker og gær har levet sammen og samarbejdet om at lave brød, vin og øl,« fortsætter han.

Men forskernes mål er ikke blot at lave bedre brød, vin og øl. I dag bruges gærsvamp også til at fremstille biobrændsof, vacciner og specielle kemikalier.

»Det vil give os en masse ny viden om biologi, og dette vil føre til praktiske anvendelser inden for bioteknologisk industri,« siger Jeff Boeke.

Fordel ved kunstigt kromosom hos enkle gærceller 

»En gærcelle regnes for at være meget enkel. Den er godt beskrevet genetisk og forholdsvis let at forandre,« siger Kjetill S. Jakobsen.

Dele af kromosom III, et af de 17 kromosomer i gærsvampen, der kunstigt designet. De gule områder er dele af genet som forskerne har fjernet. Knappenålene er steder, hvor kromosomet er ændret. (Illustration: Science/Lucy Reading-Ikkanda)

»Cellerne i mennesker har meget mere DNA i sit arvemateriale. Kromosomerne er også mere komplekse,« siger han.

Store fremskridt for syntetisk biologi

»Det, at kromosomerne er mere komplekse, indebærer for eksempel, at et gen i sig selv ikke er nok til at beskrive en egenskab. Det er også vigtigt at se på generne omkring og den sammenhængen, som genet står i.«

»Det svarer til, at en sætning i en tekst kan skifte mening ud fra, hvor den placeres i konteksten,« pointerer Eskjill S. Jakobsen.

Han understreger også, at ingen endnu har formået at lave en designorganisme helt fra bunden.

»Det, forskerne gør, er at sætte nyt arvemateriale ind i en allerede levende celle,« siger Eskjill Jakobsen.

Han mener dog alligevel, at vi ser tegn på store fremskridt inden for syntetisk biologi.

»Denne gren inden for biologien vil få stor opmærksomhed i de kommende år,« afslutter Eksjill Jakobsen.

©forskning.no Oversat af Anna Bestle