Minulý týždeň sa na Harvarde stretla skupina 150 pozvaných odborníkov. Za zatvorenými dverami diskutovali o vyhliadkach na navrhovanie a stavbu celého ľudského genómu od nuly iba s použitím počítača, syntetizátora DNA a surovín. Umelý genóm sa potom zavedie do živej ľudskej bunky, aby nahradil jej prirodzenú DNA. Dúfame, že sa bunka „reštartuje“a zmení svoje biologické procesy tak, aby fungovali na základe pokynov poskytnutých umelou DNA.
Inými slovami, čoskoro sa možno dočkáme prvej „umelej ľudskej bunky“.
Cieľom však nie je jednoducho vytvoriť program Human 2.0. Prostredníctvom tohto projektu HGP-Write: Testovanie veľkých syntetických génov v bunkách vedci dúfajú, že vyvinú inovatívne a výkonné nástroje, ktoré budú poháňať syntetickú biológiu k exponenciálnemu rastu v priemyselnom meradle. Ak budeme úspešní, nezískame iba biologické nástroje na navrhovanie ľudí ako druhov: budeme schopní prerobiť živý svet.
Tvorba života
Syntetická biológia je v podstate manželstvom medzi princípmi inžinierstva a biotechnológie. Zatiaľ čo sekvenovanie DNA je predovšetkým o čítaní DNA, genetické inžinierstvo je o úprave DNA a syntetická biológia je o programovaní novej DNA bez ohľadu na jej pôvodný zdroj, aby sa vytvorili nové formy života.
Syntetickí biológovia vidia DNA a gény ako štandardné biologické stavebné bloky, ktoré sa dajú ľubovoľne použiť na vytvorenie a úpravu živých buniek.
Propagačné video:
Jay Keesling, priekopník v syntetickom inžinierstve na Kalifornskej univerzite v Berkeley, hovorí v tejto oblasti o koncepcii návrhára. „Keď pevný disk zomrie, môžete ísť do najbližšieho obchodu s počítačmi, kúpiť si nový a vymeniť starý,“hovorí. „Prečo nepoužívame biologické časti rovnakým spôsobom?“
Na urýchlenie pokroku v tejto oblasti zostavuje Kisling a jeho kolegovia databázu štandardizovaných kusov DNA - BioBricks. Môže sa použiť ako kúsky skladačky na zhromaždenie genetického materiálu, aký v prírode ešte nebol.
Pre Kislinga a ďalších v odbore je syntetická biológia ako vývoj nového programovacieho jazyka. Bunky sú hardvér, hardvér, zatiaľ čo DNA je softvér, vďaka ktorému fungujú. S dostatočnými vedomosťami o tom, ako fungujú gény, syntetickí biológovia dúfajú, že budú schopní písať genetické programy od nuly, vytvárať nové organizmy, meniť prírodu a dokonca riadiť ľudskú evolúciu novým smerom.
Podobne ako v prípade genetického inžinierstva, aj syntetická biológia dáva vedcom príležitosť experimentovať s prírodnou DNA. Rozdiel v mierke: Génová úprava je proces vystrihnutia / vloženia, ktorý pridáva nové gény alebo mení písmená v existujúcich génoch. Niekedy sa toho veľa nezmení.
Syntetická biológia na druhej strane vytvára gény od nuly. To dáva vedcom väčší priestor na modifikáciu známych génov alebo dokonca na vytváranie ich vlastných. Možnosti sú takmer nekonečné.
Biomedicíny, biopalivá, biopalivá
Výbuch syntetickej biológie za posledných desať rokov už priniesol výsledky, ktoré nadchli vedcov aj korporácie. V roku 2003 publikoval Keesling jednu z vôbec prvých štúdií, ktorá mala dokázať a demonštrovať silu tohto prístupu. Zamerala sa na chemickú látku zvanú artemisinín, silné liečivo proti malárii extrahované zo sladkého palinu (palina).
Napriek mnohým pokusom o kultiváciu tejto rastliny zostáva jej výnos extrémne nízky.
Kisling si uvedomil, že syntetická biológia ponúka spôsob, ako úplne obísť proces zberu. Uviedol, že zavedením potrebných génov do bakteriálnych buniek môžete tieto bunky zmeniť na stroje na výrobu artemisinínu a na ich náklady poskytnúť nový bohatý zdroj liečiva.
Bolo to veľmi ťažké. Vedci potrebovali v bunke vybudovať úplne novú metabolickú cestu, ktorá by jej umožnila spracovávať chemikálie, ktoré predtým nepoznala. Vedci prostredníctvom pokusov a omylov spojili dohromady desiatky génov z viacerých organizmov do jedného balíka DNA. Vložením tohto vrecka do E. coli - baktérie E. coli sa v laboratóriách bežne používajú na výrobu chemikálií - vytvorili nový spôsob, ako môžu baktérie vylučovať artemisinín.
Ďalším potrebným utiahnutím potrebných orieškov sa Kislingovi a jeho tímu podarilo miliónkrát zvýšiť produkciu a desaťkrát znížiť cenu lieku.
Artemisinín bol iba prvým krokom v obrovskom programe. Tento liek je uhľovodík, ktorý patrí do rodiny molekúl bežne používaných na výrobu biopalív. Prečo neuplatniť rovnaký postup na výrobu biopalív? Vedci už nahradili gény, ktoré baktérie používali na výrobu artemisinínu, génmi na výrobu uhľovodíkov z biopalív. Vedci už vyrobili veľa mikróbov, ktoré premieňajú cukor na palivo.
Poľnohospodársky priemysel je ďalším odvetvím, ktoré môže mať obrovský úžitok zo syntetickej biológie. Teoreticky by sme mohli vziať gény zodpovedné za fixáciu dusíka v baktériách, vložiť ich do buniek našej kultúry a úplne zvrátiť ich prirodzený proces rastu. Pri správnej kombinácii génov by sme mohli pestovať plodinu s celým spektrom živín, ktorá vyžaduje menej vody, pôdy, energie a hnojív.
Syntetickú biológiu je možné použiť na výrobu úplne nových potravín, ako sú vonné látky fermentáciou modifikovaných kvasníc alebo vegánskych syrov a iných mliečnych výrobkov vytvorených bez pomoci zvierat.
„Musíme znížiť emisie uhlíka a znečisťujúcich látok, využívať menej pôdy a vody, regulovať škodcov a zlepšovať úrodnosť pôdy,“uviedla doktorka Pamela Ronald, profesorka na Kalifornskej univerzite v Davise. Syntetická biológia nám môže poskytnúť nástroje, ktoré potrebujeme.
Obnova života
Cvičte bokom! Jedným z hlavných cieľov syntetickej biológie je vytvoriť syntetický organizmus vyrobený výlučne zo špeciálne navrhnutej DNA.
Hlavnou prekážkou sú teraz technológie. Syntéza DNA je v súčasnosti veľmi drahá, pomalá a náchylná na chyby. Väčšina existujúcich metód umožňuje vytvoriť reťazec DNA dlhý 200 písmen; normálne gény sú desaťkrát dlhšie. Ľudský genóm obsahuje asi 20 000 génov, ktoré produkujú proteíny. Ale náklady na syntézu DNA za posledné desaťročie rýchlo klesali.
Podľa doktora Drewa Andyho, genetika na Stanfordskej univerzite, náklady na sekvenovanie jedného písmena klesli zo 4 dolárov v roku 2003 na 3 centy dnes. Odhadované náklady na tlač všetkých 3 miliárd písmen ľudského genómu sú v súčasnosti 90 miliónov dolárov, avšak pri zachovaní rovnakého trendu sa očakáva pokles o 100 000 dolárov za 20 rokov.
V 90. rokoch začal Craig Venter, známy svojou vedúcou úlohou pri sekvenovaní ľudského genómu, hľadať minimálny súbor génov potrebných na vytvorenie života. Spolu s kolegami z Inštitútu pre genómový výskum odobral Venter gény z baktérie Mycoplasma genitalium, aby identifikoval tie životne dôležité.
V roku 2008 Venter spojil tieto „kritické gény“a zhromaždil nový „minimálny“genóm z chemického bujónu pomocou syntézy DNA.
O niekoľko rokov neskôr Venter transplantoval umelý genóm do druhej baktérie. Gény sa zakorenili a „reštartovali“bunku, čo jej umožnilo rásť a reprodukovať sa - bol to prvý organizmus s úplne umelým genómom.
Od baktérií po človeka
Ak nový podnik získa financovanie, bude replikovať Venterove experimenty pomocou nášho vlastného genómu. Vzhľadom na to, že ľudský genóm je asi 5 000-krát väčší ako Venterove baktérie, je ťažké povedať, o koľko ťažšia môže byť táto syntéza.
Aj keď zlyhajú iné možnosti, priemysel získa cenné skúsenosti. Podľa Dr. Georgea Churcha, vedúceho genetika na Harvardskej lekárskej fakulte, by tento projekt mohol otvoriť technologický pokrok, ktorý zlepší našu vlastnú schopnosť syntetizovať dlhé reťazce DNA. Church dokonca zdôrazňuje, že hlavným cieľom projektu je vývoj technológií.
Stretnutie vedcov však vyvolalo veľkú skepsu. Tento projekt však môže jedného dňa viesť k vytvoreniu „návrhárskych detí“alebo dokonca ľudí. Rodičmi takýchto ľudí môžu byť počítače. Predstava takejto budúcnosti je jednoduchá, ale strašidelná: aké bezpečné je priamo manipulovať alebo vytvárať život? Kto bude vlastniť túto technológiu? Čo robiť so životom, ktorý sa ukázal ako neúspešný? Nevytváralo by to všetko diskrimináciu a nerovnosť?
ILYA KHEL