Vedcov už dlho zaujímalo: môžu vytvoriť plnohodnotnú syntetickú formu života? Biológ Anthony José predstavil koncept bunkového kódu, ktorého znalosť je nevyhnutná na získanie umelého organizmu.
V súčasnosti vedci práve začali vyrábať umelé formy života opätovným zhromažďovaním genómov jednobunkových mikroorganizmov. Najmä v marci minulého roku sa v jednej zo špecializovaných publikácií objavil článok, v ktorom vedci popisovali proces vytvárania bakteriálnej mykoplazmy s minimálnym možným počtom génov. Aby dosiahli požadovaný výsledok, vedci do prijímajúcej bunky so zničenou DNA vložili striedavo fragmenty zmeneného genómu, ktorý bol takmer o polovicu menší ako pôvodný.
Tento rok sa americkým vedcom z Johns Hopkins University podarilo získať kvasinky s umelými chromozómami, z ktorých sa odstránili zbytočné a chybné gény. Vedcom sa navyše podarilo prelomiť genetický kód zmenou tripletov proteínov TAG na TAA. Z tohto dôvodu sa organizmy zbavili extra fragmentu, ktorý slúžil kodónom TAG.
Zatiaľ čo sa niektorí vedci snažia vytvárať jednobunkové organizmy bez genetických zvyškov, iní vedci sa súčasne pokúšajú urobiť zmeny v spôsobe kódovania proteínov sekvenciou DNA. V tejto chvíli je pokrok v tomto smere viac ako mierny. Málo, čo sa urobilo, je diverzifikácia abecedy DNA. K štyrom už existujúcim nukleotidovým písmenám bolo pridaných niekoľko písmen. Jeden z vedeckých článkov popisuje, ako sa medzinárodnej skupine vedcov podarilo vložiť umelé nukleotidy Y, X do genómu E. coli. Napriek tomu, že sa niečo podobné robilo už predtým, vedcom sa podarilo zabezpečiť, aby si baktérie ponechali syntetickú časť vo svojej DNA, ale zatiaľ čo sa úspešne rozvíja.
Je to však iba prvý krok k plnohodnotnému umelému organizmu. V ďalšom kroku majú vedci v úmysle vytvoriť umelé nukleotidy kódujúce aminokyseliny. V E. coli boli syntetické proteíny Y, X umiestnené do bezpečnej časti genómu mimo kódujúcich sekvencií génov. Inak by nové peptidy jednoducho narušili proces syntézy bielkovín. Bunka jednoducho nevedela, za ktorú aminokyselinu je zodpovedný ten či onen kodón (YGC alebo ATX). Biológovia ešte musia vytvoriť novú transportnú RNA, ktorá bude schopná rozpoznať také triplety a vložiť určitú aminokyselinu do rastúcej peptidovej sekvencie.
Ale aj za takýchto podmienok možno takýto organizmus ťažko nazvať umelým. Vedci zároveň chápu, aké budú ďalšie kroky. Syntetický organizmus bude dostávať nielen nové nukleotidy, ale aj nové aminokyseliny, ktoré sa buď vôbec nevyskytujú, alebo sú vnútri bunky extrémne zriedkavé. Vedci si dobre uvedomujú, že všetky triplety nukleotidov sú kódované iba dvadsiatimi štandardnými aminokyselinami. Niektoré ďalšie aminokyseliny, vrátane selenocysteínu, môžu byť za určitých podmienok zabudované do proteínu. Vďaka ďalším písmenám genetického kódu bude možné obohatiť proteín a vytvoriť kodóny, ktoré budú zodpovedať novým aminokyselinám.
Napriek tomu, že syntetická biológia dosiahla určitý úspech, vedci stále presne nevedia, aké informácie sú dôležité na získanie organizmu s danými vlastnosťami. Sekvencia DNA je iba východiskovým bodom. Všetky bunky rastliny alebo živočícha obsahujú rovnaký genóm, ale v priebehu vývoja organizmov sú bunky ohraničené, inými slovami, plnia rôzne funkcie. V tomto procese hrá dôležitú úlohu sekundárna (takzvaná epigenetická) regulácia, počas ktorej sú určité gény vypnuté alebo aktivované zlúčeninami. Nakoniec sa môže jedna bunka transformovať na fibroblast a druhá na neurón.
Anthony José, biológ z Marylandskej univerzity, študuje, ako negenetické informácie definujú organizmus. Vedec navrhol koncept bunkového kódu, ktorý je uzavretý v biologických molekulách umiestnených v trojrozmernom priestore. Tieto molekuly sú potrebné na regeneráciu zvyšku organizmu. Na uloženie tejto informácie nie sú potrebné všetky bunky zložitého organizmu, postačí niekoľko alebo dokonca jedna bunka. Pre organizmy, ktoré sa pohlavne množia, je takýmto úložiskom zygota (ide o bunku, ktorá sa vytvorí po oplodnení ženskej pohlavnej bunky spermiou).
Propagačné video:
Podľa výskumníka je za účelom dešifrovania bunkového kódu potrebné študovať celý cyklus rekonštrukcie organizmu. Inými slovami, je potrebné považovať vývoj živého organizmu a jeho rozmnožovanie za jediný proces. Aby sme úplne pochopili, ako to funguje, nestačí dešifrovať DNA.
Počas formovania zygoty je formovanie nového organizmu ovplyvňované nielen DNA získanou z oocytov a spermií, ale aj cytoplazmou gaméty. Látky, ktoré sa hromadia počas dozrievania gamét (mRNA, proteíny, transkripčné faktory), môžu spôsobiť materský účinok. Sú prítomné v počiatočných štádiách vývoja embrya a sú dokonca schopné ho zabiť (to je typické pre chrobáky májové). Určitú úlohu zohráva aj priestorová štruktúra týchto látok. Konkrétne tvoria osi tela u hmyzu a určujú zvlnenie škrupín u mäkkýšov.
Vedec navrhne nasledujúcu schému: bunka, ktorá má biologické makromolekuly a ďalšie zlúčeniny, v procese interakcie s výživnými látkami, signálnych molekúl a teploty (tj. Vonkajších faktorov) prechádza do iného stavu, ktorý zase ovplyvňuje životné prostredie. Podobným spôsobom prechádza celý systém určitým počtom cyklov, zatiaľ čo sa v ňom hromadia nové látky. Nová etapa závisí od predchádzajúcej, takže sa dá predvídať.
Jose je znepokojený tým, že biológovia stále nepoznajú celý bunkový kód najjednoduchšieho organizmu, ale napriek tomu už pri práci s DNA začali s vytváraním poloumelej formy života. Podľa výskumníka sa takéto manipulácie s genetickým materiálom v niektorých mechanizmoch podobajú výmene častí, takže z hľadiska etiky môžu byť veľmi riskantné.
Na dešifrovanie bunkového kódu navrhuje biológ porovnanie vnútorných charakteristík zygotov v sérii generácií najjednoduchších mikroorganizmov, napríklad jednobunkových rias. Na tieto účely môžu byť vhodné aj polo umelé baktérie s minimálnym genómom. Štúdiom otcovského alebo materského účinku bude možné ustanoviť významné vonkajšie faktory. A štúdium priestorového usporiadania dôležitých molekúl je možné uskutočniť pomocou systematickej biochemickej a molekulárnej analýzy pomocou fluorescenčných molekúl.