I ricercatori della Macquarie University hanno lavorato con un team internazionale di scienziati per raggiungere un’importante pietra miliare nella biologia sintetica completando la creazione del cromosoma finale nel primo genoma di lievito sintetico al mondo.
Questo risultato rappresenta il completamento del progetto globale Sc2.0 per creare il primo genoma eucariotico sintetico al mondo da Saccharomyces cerevisiae (lievito di panetteria) e un neocromosoma tRNA nuovo in natura.
Utilizzando tecniche all’avanguardia di modifica del genoma, compreso il protocollo CRISPR D-BUGS, il team ha identificato e corretto gli errori genetici che influivano sulla crescita del lievito. Questi cambiamenti hanno ripristinato la capacità del ceppo di crescere sul glicerolo, una fonte fondamentale di carbonio, a temperature elevate.
La svolta, pubblicata questa settimana in Comunicazioni sulla naturadimostra come i cromosomi ingegnerizzati possano essere progettati, costruiti e sottoposti a debug per creare organismi più resilienti che potrebbero contribuire a proteggere le catene di approvvigionamento per la produzione di alimenti e medicinali di fronte ai cambiamenti climatici e alle future pandemie.
“Questo è un momento fondamentale per la biologia sintetica”, afferma il professor Sakkie Pretorius, co-investigatore capo e vicerettore aggiunto (ricerca) della Macquarie University.
“È l’ultimo pezzo di un puzzle che impegna i ricercatori di biologia sintetica ormai da molti anni.”
L’illustre professore Ian Paulsen, direttore del Centro di eccellenza in biologia sintetica dell’ARC, che ha co-diretto il progetto, afferma: “Costruendo ed effettuando con successo il debug del cromosoma sintetico finale, abbiamo contribuito a completare una potente piattaforma per l’ingegneria biologica che potrebbe rivoluzionare come produciamo medicinali, materiali sostenibili e altre risorse vitali.”
Il team di ricerca ha utilizzato strumenti specializzati di editing genetico per identificare e risolvere i problemi nel cromosoma sintetico che incidono sulla capacità del lievito di riprodursi e crescere in condizioni difficili.
Hanno scoperto che il posizionamento di marcatori genetici vicino a regioni genetiche incerte interferiva accidentalmente con il modo in cui i geni essenziali venivano attivati e disattivati, influenzando in particolare processi cruciali come il metabolismo del rame e il modo in cui le cellule dividono il loro materiale genetico.
“Una delle nostre scoperte chiave è stata come il posizionamento dei marcatori genetici potrebbe interrompere l’espressione di geni essenziali”, afferma il co-autore principale Dr Hugh Goold, ricercatore presso il Dipartimento delle industrie primarie del NSW e ricercatore post-dottorato onorario presso la School of of Primary della Macquarie University. Scienze naturali.
“Questa scoperta ha importanti implicazioni per i futuri progetti di ingegneria genomica, poiché aiuta a stabilire principi di progettazione che possono essere applicati ad altri organismi.”
Il completamento del cromosoma noto come synXVI consente agli scienziati di esplorare nuove possibilità nell’ingegneria metabolica e nell’ottimizzazione dei ceppi. Il cromosoma sintetico include caratteristiche che consentono ai ricercatori di generare diversità genetica su richiesta, accelerando lo sviluppo di lieviti con capacità migliorate per applicazioni biotecnologiche.
“Il genoma del lievito sintetico rappresenta un salto di qualità nella nostra capacità di ingegnerizzare la biologia”, afferma il dottor Briardo Llorente, direttore scientifico dell’Australian Genome Foundry.
La costruzione di un cromosoma sintetico così grande è stata possibile solo utilizzando la strumentazione robotica dell’Australian Genome Foundry.
“Questo risultato apre interessanti possibilità per lo sviluppo di processi di bioproduzione più efficienti e sostenibili, dalla produzione di prodotti farmaceutici alla creazione di nuovi materiali”, afferma il dott. Llorente.
La ricerca fornisce preziose informazioni per futuri progetti di biologia sintetica, comprese potenziali applicazioni nell’ingegneria dei genomi di piante e mammiferi. I nuovi principi di progettazione del team per i cromosomi sintetici per evitare di posizionare elementi genetici potenzialmente dannosi vicino a geni importanti aiuteranno altri ricercatori che lavorano sui cromosomi sintetici.
La Macquarie University è responsabile di oltre il 12% dell’intero progetto Sc 2.0 e questo contributo è stato sostenuto dal Dipartimento delle industrie primarie del governo del NSW, dal Centro di eccellenza in biologia sintetica del Consiglio di ricerca australiano e da sovvenzioni esterne di Bioplatforms Australia e Scienziato capo e ingegnere del NSW.
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