A múlt héten 150 meghívott szakértőből álló csoport gyűlt össze a Harvardon. Zárt ajtók mögött egy egész emberi genom tervezésének és felépítésének kilátásait vitatták meg a semmiből, csak számítógép, DNS-szintetizátor és nyersanyagok felhasználásával. Ezután egy mesterséges genom kerül egy élő emberi sejtbe, hogy helyettesítse a természetes DNS-t. A remény az, hogy a sejt "újraindul", biológiai folyamatait működőképessé változtatja a mesterséges DNS utasításai alapján.
Más szavakkal, hamarosan láthatjuk az első "mesterséges emberi sejtet".
De a cél nem egyszerűen az Emberi 2.0 létrehozása. A HGP-Write: A nagy szintetikus genomok sejtekben történő tesztelése révén a tudósok innovatív és hatékony eszközök kifejlesztését remélik, amelyek a szintetikus biológiát az ipari exponenciális növekedés irányába mozdítják el. Sikere esetén nem csak biológiai eszközöket szerzünk az emberek fajgá alakításához: képesek leszünk átalakítani az élő világot.
Az élet megteremtése
A szintetikus biológia lényegében a házasság a mérnöki és a biotechnológiai elvek között. Míg a DNS-szekvenálás a DNS leolvasásáról szól, a géntechnológia a DNS szerkesztéséről, a szintetikus biológia pedig az új DNS programozásáról szól, függetlenül az eredeti forrástól, új életformák létrehozása érdekében.
A szintetikus biológusok a DNS-t és a géneket standard biológiai építőelemként tekintik, amelyek tetszés szerint felhasználhatók az élő sejtek létrehozására és módosítására.
Promóciós videó:
Ezen a területen létezik a tervező koncepciója - mondja Dr. Jay Keesling, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem szintetikus mérnöki úttörője. "Amikor a merevlemez meghal, elmehet a legközelebbi számítógép-boltba, vásárolhat újat, lecserélheti a régit" - mondja. - Miért nem használjuk ugyanúgy a biológiai részeket?
Az ezen a területen történő előrehaladás felgyorsítása érdekében Kisling és munkatársai egy szabványosított DNS-darabokból álló adatbázist állítanak össze, az úgynevezett BioBricks ("biobricks") néven. Kirakós darabként felhasználható a természetben soha nem látott genetikai anyagok összegyűjtésére.
Kisling és mások számára a szintetikus biológia olyan, mint egy új programozási nyelv kifejlesztése. A sejtek hardver, hardver, míg a DNS olyan szoftver, amely működésre készteti őket. A szintetikus biológusok a gének működésének kellő ismerete mellett azt remélik, hogy genetikai programokat tudnak írni a semmiből, új organizmusokat hozhatnak létre, megváltoztathatják a természetet, sőt az emberi evolúciót is új irányba terelhetik.
A géntechnológiához hasonlóan a szintetikus biológia lehetőséget ad a tudósoknak arra, hogy kísérletezzenek természetes DNS-sel. A skála különbsége: A génszerkesztés egy vágási / beillesztési folyamat, amely új géneket ad hozzá, vagy megváltoztatja a meglévő gének betűit. Néha nem sok minden változik.
A szintetikus biológia viszont a semmiből hozza létre a géneket. Ez több teret enged a tudósoknak az ismert gének módosítására vagy akár saját létrehozására. A lehetőségek szinte végtelenek.
Orvosok, bioüzemanyagok, biovetés
A szintetikus biológia robbanása az elmúlt tíz évben már olyan eredményeket hozott, amelyek elragadtatták a tudósokat és a vállalatokat egyaránt. Még 2003-ban Kisling közzétette az egyik legelső tanulmányt, amely bebizonyította és bemutatta e megközelítés erejét. Az artemisinin nevű vegyi anyagra összpontosított, amely egy erőteljes maláriaellenes gyógyszer, amelyet édes ürömből (ürömből) nyernek ki.
A növény termesztésére tett számos kísérlet ellenére termése továbbra is rendkívül alacsony.
Kisling rájött, hogy a szintetikus biológia lehetőséget kínál a betakarítási folyamat teljes megkerülésére. Úgy vélte, hogy a szükséges gének baktériumsejtekbe történő bevitelével ezeket a sejteket az artemizinin előállításának gépeivé alakíthatja, és új, bőséges gyógyszerforrással látja el őket.
Ezt nagyon nehéz volt megtenni. A tudósoknak egy teljesen új anyagcsere-utat kellett kiépíteniük a sejtben, lehetővé téve olyan vegyi anyagok feldolgozását, amelyeket korábban nem ismert. Kísérletek és hibák révén a tudósok több szervezet génjeinek tucatjait ragasztották össze egy DNS-csomagba. Azzal, hogy ezt a zsákot behelyezték az E. coli-ba - az E. coli baktériumot a laboratóriumokban gyakran használják vegyi anyagok előállítására - új utat teremtettek a baktériumok számára az artemisinin kiválasztására.
A szükséges anyák még egy kicsit meghúzásával Kisling és csapatának sikerült milliószorosára növelni a termelést és tízszeresére csökkenteni a gyógyszer árát.
Az artemizinin csak egy hatalmas program első lépése volt. Ez a gyógyszer szénhidrogén, amely a bioüzemanyagok előállításához gyakran használt molekulák családjába tartozik. Miért ne alkalmazná ugyanazt a folyamatot a bioüzemanyagok előállítására? Azáltal, hogy a baktériumok artemizinin előállításához használt géneket a bioüzemanyag-szénhidrogének előállításához használt génekre cserélték, a tudósok már számos mikrobát készítettek, amelyek a cukrot üzemanyaggá alakítják.
A mezőgazdaság egy másik iparág, amely hatalmas hasznot húzhat a szintetikus biológiából. Elméletileg felvehetnénk a baktériumok nitrogénmegkötéséért felelős géneket, be tudnánk helyezni kultúránk sejtjeibe, és teljesen megfordíthatnánk természetes növekedési folyamatukat. Megfelelő génkombinációval olyan tápanyagokat termeszthetünk, amelyek teljes tápanyag-spektrummal kevesebb vizet, földet, energiát és műtrágyát igényelnek.
A szintetikus biológia alkalmazható teljesen új élelmiszerek, például illatanyagok előállítására módosított élesztő vagy vegán sajtok és egyéb, állatok segítsége nélkül létrehozott tejtermékek fermentálásával.
"Csökkentenünk kell a szén- és szennyezőanyag-kibocsátást, kevesebb földet és vizet kell felhasználnunk, meg kell szüntetnünk a kártevőket és javítanunk kell a talaj termékenységét" - mondta Dr. Pamela Ronald, a kaliforniai egyetem professzora, Davis. A szintetikus biológia biztosíthatja számunkra a szükséges eszközöket.
Az élet újjáélesztése
Gyakorold félre! A szintetikus biológia egyik végső célja egy kizárólag speciálisan tervezett DNS-ből álló szintetikus szervezet létrehozása.
A fő akadály most a technológia. A DNS-szintézis jelenleg nagyon drága, lassú és hajlamos a hibákra. A meglévő módszerek többsége lehetővé teszi 200 betű hosszú DNS-szál készítését; a normális gének tízszer hosszabbak. Az emberi genom mintegy 20 000 gént tartalmaz, amelyek fehérjéket termelnek. De a DNS-szintézis költségei az elmúlt évtizedben gyorsan csökkentek.
Dr. Drew Andy, a Stanfordi Egyetem genetikusa szerint az egyetlen levél szekvenálásának költsége a 2003-as 4 dollárról napjainkra 3 centre csökkent. Az emberi genom mind a 3 milliárd betűjének nyomtatásának becsült költsége ma 90 millió dollár, de várhatóan 20 év alatt 100 000 dollárra csökken, ha a tendencia változatlan marad.
A 90-es években az emberi genom szekvenálásában betöltött vezető szerepéről ismert Craig Venter elkezdte keresni az élet létrehozásához szükséges minimális génkészletet. A Genomikai Kutatóintézet munkatársaival együtt Venter eltávolította a Mycoplasma genitalium baktérium génjeit, hogy azonosítsa az élet szempontjából kritikusakat.
2008-ban Venter összerakta ezeket a „kritikus géneket”, és egy új „minimális” genomot állított össze egy vegyi anyag táptalajából, DNS szintézissel.
Néhány évvel később Venter mesterséges genomot ültetett át egy második baktériumba. A gének gyökeret vertek és "újraindították" a sejtet, lehetővé téve számára a növekedést és a szaporodást - ez volt az első teljesen mesterséges genommal rendelkező szervezet.
A baktériumoktól az emberekig
Ha az új vállalkozás finanszírozást kap, akkor a saját genomunk felhasználásával megismétli Venter kísérleteit. Tekintettel arra, hogy az emberi genom körülbelül 5000-szer nagyobb, mint Venter baktériumai, nehéz megmondani, mennyivel nehezebb lehet ez a szintézis.
Ha minden más kudarcot vall, az ipar értékes tapasztalatokat szerez. Dr. George Church, a Harvard Orvostudományi Egyetem vezető genetikusa szerint ez a projekt olyan technológiai fejlődést nyithat meg, amely javítja saját képességünket a hosszú DNS-szálak szintetizálására. Church még azt is hangsúlyozza, hogy a projekt fő célja a technológia fejlesztése.
A tudósok találkozója azonban sok szkepszist okozott. Akárhogy is legyen, ez a projekt egy nap "dizájner babák" vagy akár emberek létrehozásához vezethet. Az ilyen emberek szülei számítógépek lehetnek. Könnyű elképzelni egy ilyen jövőt, de félelmetes: Mennyire biztonságos az élet közvetlen manipulálása vagy létrehozása? Kié lesz ez a technológia? Mit kell kezdeni egy olyan élettel, amely sikertelennek bizonyult? Vajon mindez nem eredményezne diszkriminációt és egyenlőtlenséget?
KHEL ILYA