Zespołowi badaczy wraz z rzeszą studentów udało się wspólnie stworzyć w pełni syntetyczny chromosom drożdżowy. Pomysł pojawił się na początku XXI wieku, kiedy to naukowcy z John Hopkins Uviversity z biologiem Jefem Boeke na czele stworzyli zarys projektu Synthetic Yeast 2.0, którego celem było otrzymanie syntetycznego genomu drożdżowego. Następnie wprowadzanie stopniowych modyfikacji miało umożliwić kontrolę procesów zachodzących w organizmie skutkującą optymalizacją m.in. produkcji biopaliw czy pieczywa najwyższej jakości.

Po roku pracy naukowcy mogli pochwalić się uzyskaniem jednego ramienia chromosomu dziewiątego. Sukces był niemały, jednak doszli oni do wniosku, że proces jest zdecydowanie zbyt długotrwały i postanowili zmienić podejście. Jak przyspieszyć prace? Odpowiedź jest prosta: zmobilizować więcej osób. A kogo najłatwiej namówić do pracy? Oczywiście studentów, a najlepiej jak są to studenci na etapie pisania pracy licencjackiej, która może stanowić jednocześnie część projektu. Zainteresowanych żaków znalazło się całkiem sporo. Wzięli oni udział w szkoleniu ‘Zbuduj genom’ i zostali włączeni do grupy badawczej. Każdy ze studentów miał za zadanie opracowanie określonego odcinka drożdżowego chromosomu numer trzy, który zawiera m.in. geny kontrolujące zachowania seksualne drożdży . Jako grzyb, Saccharomyces cerevisiae może bowiem rozmnażać się zarówno płciowo jak i bezpłciowo, a o tym który ze sposobów wybierze decydują właśnie geny zlokalizowane na chromosomie trzecim. Wybór padł na ten fragment genomu również z innej przyczyny - był on także pierwszym chromosomem drożdżowym, którego kod w pełni poznano. Otrzymanie i połączenie zsyntetyzowanych przez wielu studentów odcinków chromosomu trzeciego z wykorzystaniem maszyny do syntezy DNA oraz reakcji PCR umożliwiło otrzymanie większych fragmentów, które następnie wprowadzane były stopniowo do genomu drożdży w procesie rekombinacji homologicznej. Ostatecznie doprowadziło to do otrzymania całkowicie syntetycznego chromosomu. Jak to działa lepiej przybliży grafika pozyskana z www.nature.com i zamieszczona poniżej.

Otrzymanie syntetycznego chromosomu nie stanowiło jednak celu samego w sobie. Chciano przecież modyfikować genom Saccharomyces cerevisiae. Naukowcy postanowili zatem pominąć niektóre z sekwencji DNA chromosomu trzeciego, takie jak m.in. transpozony oraz introny oraz wstawić lub zmodyfikować określone sekwencje. I tak spośród 316 tysięcy par zasad ‘oryginalnego’ chromosomu zabiegom w postaci usunięcia, modyfikacji czy wstawienia uległo ponad 50 tysięcy. Syntetyczny chromosom drożdżowy osiągnął ostateczną długość 272,871 par zasad stanowiących około 2,5% z 12 milionów par zasad genomu S. cerevisiae. Jak to w naturze bywa, nie wszystko szło po myśli naukowców, ale problemy udało się pokonać. Na przykład zdarzały się sytuacje, kiedy po wprowadzeniu syntetycznego DNA do genomu drożdżowego okazywało się, że wbudowany odcinek jest krótszy o 43 tysiące par niż zaprojektowany, a do tego zmodyfikowany w ponad 5 tysiącach par zasad. Dalsze analizy wykazały jednak, że zastosowanie krzyżowania wstecznego z jednym z rodziców powoduje ‘uporządkowanie genomu’, a co najciekawsze, pomimo wszystkich zmian, komórki drożdży zawierające chromosom syntetyczny rosły tak samo dobrze jak normalne organizmy i  nie wykazywały zwiększonej wrażliwości na warunki otaczającego je środowiska.

Niezależni eksperci już mówią o tym osiągnięciu jak o imponującej demonstracji możliwości przeprojektowania wręcz całego chromosomu eukariotycznego w celu optymalizacji jego pożądanych cech, a naukowcy nie planują odpoczywać. Już stworzono międzynarodowe konsorcjum, którego celem jest uzyskanie w pełni syntetycznej wersji genomu drożdżowego, który w pierwszych etapach umożliwi testowanie wpływu określonych genów, a także ich wzajemnych korelacji, na przydatność przemysłową drożdży. Dalszym celem jest opracowanie organizmów o maksymalnej produktywności i bezpieczeństwie w każdej dziedzinie zarówno naukowej jak i przemysłowej, wykorzystującej drożdże.

Zadaniem konsorcjum jest zatem zsyntetyzowanie 15 pozostałych chromosomów drożdżowych, czyli stworzenie w sumie kombinacji około 12 milionów par zasad. Twórcy projektu przewidują, że zajmie im to jeszcze kilka lat. Aktualnie do projektu zaproszono studentów z całego świata od Chin przez Anglię, aż do Stanów Zjednoczonych.

Projekt Synthetic Yeast 2.0 tworzy nowe spojrzenie na modyfikacje genetyczne organizmów, a otrzymanie w pełni syntetycznego genomu drożdżowego umożliwi optymalizację wielu procesów przemysłowych nie tylko pod kątem produktywności, ale również kosztowności i technologii. Podejście zastosowane przez naukowców podkreśla jeszcze jedną, być może mniej wyrazistą kwestię – kwestię konkurencyjności podejścia ‘akademickiego’ z podejściem ‘specjalistycznym’. Tak naprawdę pracę, którą normalnie zlecono by specjalistom z dziedziny genetyki i syntezy DNA w tym projekcie, z takim samym powodzeniem, wykonują studenci. Bo przecież student potrafi...nawet zsyntetyzować chromosom!:)