A tudósok régóta gondolkodnak azon: vajon létrehozhatnak-e teljes értékű szintetikus életformát? Anthony José biológus bevezette a sejtkód fogalmát, amelynek ismerete szükséges egy mesterséges organizmus megszerzéséhez.
Jelenleg a kutatók csak egysejtű mikroorganizmusok genomjának újraszerelésével kezdték el mesterséges életformák előállítását. Különösen tavaly márciusban jelent meg egy cikk az egyik szakosodott publikációban, amelyben a tudósok a lehető legkevesebb génszámmal írták le a mycoplasma baktérium létrehozásának folyamatát. A kívánt eredmény elérése érdekében a tudósok felváltva illesztették be a megváltozott genom egy töredékét, amely majdnem fele akkora volt, mint az eredeti, a megsemmisített DNS-sel a befogadó sejtbe.
Idén a Johns Hopkins Egyetem amerikai kutatóinak sikerült mesterséges kromoszómákkal rendelkező élesztőt beszerezni, amelyből haszontalan és hibás géneket távolítottak el. Ezenkívül a tudósoknak sikerült megtörniük a genetikai kódot azáltal, hogy a TAG fehérjék tripléit TAA-vá változtatták. Ennek köszönhetően az élőlények megszabadultak a TAG kodonokat kiszolgáló extra töredéktől.
Míg egyes kutatók egysejtű, genetikai törmelékektől mentes organizmusokat próbálnak létrehozni, más kutatók ugyanakkor megpróbálják megváltoztatni a fehérjék DNS-szekvencia kódolásának módját. Jelenleg az ebben az irányban elért haladás több mint szerény. A kevés tett a DNS-ábécé változatossá tétele. A négy már létező nukleotid betűhöz több betű került. Az egyik tudományos cikk leírja, hogyan sikerült egy nemzetközi kutatócsoportnak mesterséges Y, X nukleotidokat beilleszteni az E. coli genomjába. Annak ellenére, hogy korábban valami hasonlót tettek, a kutatóknak sikerült biztosítaniuk, hogy a baktériumok megtartsák szintetikus részét a DNS-ben, miközben sikeresen fejlődött.
Ez azonban csak az első lépés a teljes értékű mesterséges szervezet felé. A következő lépésben a tudósok mesterséges nukleotidokat akarnak kényszeríteni aminosavak kódolására. Az E. coliban az Y, X szintetikus fehérjéket a genom biztonságos részébe helyezték, a gének kódoló szekvenciáin kívül. Ellenkező esetben az új peptidek egyszerűen megzavarnák a fehérjeszintézis folyamatát. A sejt egyszerűen nem tudná, melyik aminosavért felelős ez vagy az a kodon (YGC vagy ATX). A biológusoknak még nem kellett létrehozniuk egy új transzport RNS-t, amely képes lesz felismerni az ilyen hármasokat, és egy bizonyos aminosavat beilleszteni a növekvő peptidszekvenciába.
De még ilyen körülmények között sem nevezhető ilyen szervezet mesterségesnek. Ugyanakkor a tudósok megértik, mi lesz a következő cselekedetük. A szintetikus organizmus nemcsak új nukleotidokat, hanem új aminosavakat is kap, amelyek vagy egyáltalán nem fordulnak elő, vagy rendkívül ritkák a sejt belsejében. A tudósok jól tudják, hogy a nukleotidok összes hármasát csak húsz standard aminosav kódolja. Néhány más aminosav, köztük a szelenocisztein, bizonyos körülmények között beépülhet a fehérjébe. A genetikai kód további betűinek köszönhetően lehetővé válik a fehérje dúsítása és az új aminosavaknak megfelelő kodonok kialakítása.
Annak ellenére, hogy a szintetikus biológia némi sikert aratott, a kutatók még mindig nem tudják pontosan, hogy milyen információk fontosak ahhoz, hogy az adott tulajdonságokkal rendelkező szervezetet megszerezzék. A DNS-szekvencia csak kiindulópont. Egy növény vagy állat minden sejtje ugyanazt a genomot tartalmazza, de az organizmusok fejlődése során a sejtek körvonalazódnak, más szóval különböző funkciókat látnak el. Ebben a folyamatban fontos szerepet játszik a másodlagos (úgynevezett epigenetikus) szabályozás, amelynek során egyes géneket a vegyületek kikapcsolnak vagy aktiválnak. Végül az egyik sejt átalakulhat fibroblaszttá, a másik pedig neuronná.
Anthony José, a Marylandi Egyetem biológusa azt tanulmányozza, hogy a nongenetikus információ hogyan határozza meg az organizmust. A kutató egy sejtkód fogalmát javasolta, amely háromdimenziós térben elhelyezkedő biológiai molekulákba van zárva. Ezekre a molekulákra a szervezet többi részének újrateremtéséhez van szükség. Ezen információk tárolásához nincs szükség egy komplex szervezet összes sejtjére, több vagy akár egy sejt is elegendő lesz. A nemi úton szaporodó organizmusok esetében ilyen tárolóhely a zigóta (ez egy sejt, amely egy női ivarsejt spermával történő megtermékenyítése után jön létre).
Promóciós videó:
A kutató szerint a sejtkód megfejtése érdekében meg kell vizsgálni a szervezet rekonstrukciójának teljes ciklusát. Más szavakkal, egy élő szervezet fejlődését és szaporodását egyetlen folyamatnak kell tekintenünk. Hogy teljes mértékben megértsük ennek működését, nem elég megfejteni a DNS-t.
A zigóta képződése során az új organizmus kialakulását nemcsak a petesejtből és a spermiumokból nyert DNS, hanem a gaméta citoplazmája is befolyásolja. Az ivarsejt érése során felhalmozódó anyagok (mRNS, fehérjék, transzkripciós faktorok) okozhatják az anyai hatást. Jelen vannak az embrió fejlődésének korai szakaszában, sőt képesek megölni (ez a májusi bogarakra jellemző). Ezen anyagok térszerkezete is bizonyos szerepet játszik. Különösen a rovarokban alkotják a testtengelyeket, és meghatározzák a puhatestűek kagylójának hullámát.
A tudós a következő sémát fogja javasolni: egy sejt, amelynek biológiai makromolekulái és más vegyületei vannak, a tápanyagokkal, a jelzőmolekulákkal és a hőmérséklettel (vagyis külső tényezőkkel) való kölcsönhatás folyamán egy másik állapotba kerül, ami viszont hatással van a környezetre. Hasonló módon az egész rendszer bizonyos ciklusokon megy keresztül, miközben új anyagokat halmoz fel. Az új szakasz az előzőtől függ, így megjósolható.
Jose attól tart, hogy a biológusok még mindig nem ismerik a legegyszerűbb organizmus teljes sejtkódját, de a DNS-sel együttműködve ennek ellenére már elkezdték egy félig mesterséges életforma létrehozását. A kutató szerint az ilyen genetikai anyaggal végzett manipulációk valamilyen mechanizmusban hasonlítanak az alkatrészek cseréjére, ezért etikai szempontból nagyon kockázatosak lehetnek.
A sejtkód megfejtése érdekében a biológus javasolja a zigóták belső jellemzőinek összehasonlítását a legegyszerűbb mikroorganizmusok, például egysejtű algák generációinak sorozatában. Ezekre a célokra a félig mesterséges, minimális genomú baktériumok is alkalmasak lehetnek. Az apai vagy anyai hatás tanulmányozásával jelentős külső tényezőket lehet megállapítani. A fontos molekulák térbeli elrendezésének vizsgálata pedig szisztematikus biokémiai és molekuláris elemzéssel végezhető fluoreszcens molekulák felhasználásával.