Znanstvenici su se dugo pitali: mogu li stvoriti punopravni sintetički oblik života? Biolog Anthony José predstavio je koncept staničnog koda, čije je znanje potrebno za dobivanje umjetnog organizma.
Trenutno su istraživači tek počeli proizvoditi umjetne oblike života ponovnim sastavljanjem genoma jednoćelijskih mikroorganizama. Konkretno, u ožujku prošle godine u jednoj od specijaliziranih publikacija pojavio se članak u kojem su znanstvenici opisali postupak stvaranja bakterije mikoplazme s minimalnim mogućim brojem gena. Da bi dobili željeni rezultat, znanstvenici su naizmjence u stanicu primatelja s uništenom DNA umetali fragmente izmijenjenog genoma, koji je bio gotovo upola manji od izvornika.
Ove godine američki istraživači sa Sveučilišta Johns Hopkins uspjeli su dobiti kvasac s umjetnim kromosomima, iz kojih su uklonjeni beskorisni i neispravni geni. Uz to, znanstvenici su uspjeli razbiti genetski kod mijenjajući trojke TAG proteina u TAA. Zahvaljujući tome, organizmi su se riješili suvišnog fragmenta koji je služio TAG kodonima.
Dok neki istraživači pokušavaju stvoriti jednoćelijske organizme bez genetskih ostataka, istodobno, drugi znanstvenici pokušavaju napraviti promjene u načinu na koji proteini kodiraju sekvencu DNA. Trenutno je napredak u ovom smjeru više nego skroman. Ono malo što je učinjeno jest diverzifikacija DNA abecede. Nekoliko slova dodano je u četiri već postojeća nukleotidna slova. Jedan od znanstvenih članaka opisuje kako je međunarodna skupina istraživača uspjela umetnuti umjetne nukleotide Y, X u genom E. coli. Unatoč činjenici da je nešto slično učinjeno i ranije, istraživači su uspjeli osigurati da bakterije zadržavaju sintetički dio u svojoj DNK, ali dok se uspješno razvija.
Međutim, ovo je samo prvi korak prema punopravnom umjetnom organizmu. U sljedećem koraku znanstvenici namjeravaju prisiliti umjetne nukleotide da kodiraju aminokiseline. U E. coli, sintetički proteini Y, X smješteni su u siguran dio genoma, izvan kodirajućih sekvenci gena. Inače bi novi peptidi jednostavno poremetili proces sinteze proteina. Stanica jednostavno ne bi znala za koju je aminokiselinu odgovoran ovaj ili onaj kodon (YGC ili ATX). Biolozi još nisu stvorili novu transportnu RNA koja će moći prepoznati takve trojke i ubaciti određenu aminokiselinu u rastuću sekvencu peptida.
Ali čak i pod takvim uvjetima, takav se organizam teško može nazvati umjetnim. Istodobno, znanstvenici razumiju koje će biti njihove sljedeće radnje. Sintetski će organizam primiti ne samo nove nukleotide, već i nove aminokiseline, koje se uopće ne pojavljuju ili su izuzetno rijetke unutar stanice. Znanstvenicima je dobro poznato da su sve trojke nukleotida kodirane sa samo dvadeset standardnih aminokiselina. Neke druge aminokiseline, uključujući selenocistein, mogu se ugraditi u protein pod određenim uvjetima. Zahvaljujući dodatnim slovima genetskog koda, bit će moguće obogatiti protein i oblikovati kodone koji će odgovarati novim aminokiselinama.
Unatoč činjenici da je sintetska biologija postigla određeni uspjeh, istraživači još uvijek ne znaju točno koje su informacije važne za dobivanje organizma s danim karakteristikama. Slijed DNA samo je polazna točka. Sve stanice biljke ili životinje sadrže isti genom, ali tijekom razvoja organizama stanice se ocrtavaju, drugim riječima, obavljaju različite funkcije. U tom procesu važnu ulogu igra sekundarna (takozvana epigenetska) regulacija tijekom koje se neki geni isključuju ili aktiviraju spojevima. U konačnici, jedna se stanica može transformirati u fibroblast, a druga u neuron.
Anthony José, biolog sa Sveučilišta Maryland, proučava kako negenetske informacije definiraju organizam. Istraživač je predložio koncept staničnog koda koji je zatvoren u biološke molekule smještene u trodimenzionalnom prostoru. Te su molekule potrebne za ponovno stvaranje ostatka organizma. Za pohranu ovih podataka nisu potrebne sve stanice složenog organizma, bit će dovoljno nekoliko ili čak jedna stanica. Za organizme koji se reproduciraju spolno, takvo spremište je zigota (ovo je stanica koja nastaje nakon oplodnje ženskih spolnih stanica spermom).
Promotivni video:
Prema istraživaču, da bi se dešifrirao stanični kod, potrebno je proučiti čitav ciklus rekonstrukcije organizma. Drugim riječima, razvoj živog organizma i njegovo razmnožavanje potrebno je smatrati jedinstvenim procesom. Da bismo u potpunosti razumjeli kako ovo djeluje, nije dovoljno dešifrirati DNA.
Tijekom stvaranja zigote, na stvaranje novog organizma ne utječe samo DNA dobivena iz oocite i sperme, već i citoplazma gamete. Tvari koje se nakupljaju tijekom sazrijevanja spolnih stanica (mRNA, proteini, transkripcijski faktori) mogu uzrokovati majčin učinak. Prisutni su u ranim fazama razvoja embrija i sposobni su ga i ubiti (to je tipično za svibanjske kornjaše). Prostorna struktura ovih tvari također igra određenu ulogu. Konkretno, oni čine tjelesne sjekire kod insekata i određuju uvijenost školjaka u mekušaca.
Znanstvenik će predložiti sljedeću shemu: stanica koja ima biološke makromolekule i druge spojeve, u procesu interakcije s hranjivim tvarima, signalnim molekulama i temperaturom (odnosno vanjskim čimbenicima), prelazi u drugo stanje, što, pak, utječe na okoliš. Na sličan način cijeli sustav prolazi kroz određeni broj ciklusa, dok akumulira nove tvari. Nova faza ovisi o prethodnoj, pa se može predvidjeti.
Jose je zabrinut što biolozi još uvijek ne znaju cijeli stanični kod najjednostavnijeg organizma, ali oni su, radeći s DNK, ipak krenuli u stvaranje poluumjetničkog oblika života. Prema istraživaču, takve manipulacije genetskim materijalom nalikuju zamjeni dijelova u nekom mehanizmu, pa s gledišta etike mogu biti vrlo rizične.
Da bi dešifrirao stanični kod, biolog predlaže usporedbu unutarnjih karakteristika zigota u nizu generacija najjednostavnijih mikroorganizama, na primjer jednostaničnih algi. U ove svrhe mogu biti prikladne i poluumjetničke bakterije s minimalnim genomom. Proučavanjem očinskog ili majčinog učinka moći će se utvrditi značajni vanjski čimbenici. A proučavanje prostornog rasporeda važnih molekula može se provesti sustavnom biokemijskom i molekularnom analizom pomoću fluorescentnih molekula.
