Prošli tjedan skupina od 150 pozvanih stručnjaka okupila se na Harvardu. Iza zatvorenih vrata razgovarali su o mogućnostima dizajniranja i izgradnje čitavog ljudskog genoma ispočetka, koristeći samo računalo, sintetizator DNA i sirovine. Zatim će se u živu ljudsku stanicu uvesti umjetni genom koji će zamijeniti njezinu prirodnu DNK. Nada se da će se stanica "ponovno pokrenuti", promijeniti svoje biološke procese kako bi djelovale na temelju uputa umjetne DNA.
Drugim riječima, uskoro bismo mogli vidjeti prvu "umjetnu ljudsku stanicu".
Ali cilj nije jednostavno stvoriti Human 2.0. Kroz ovaj projekt, HGP-Write: Ispitivanje velikih sintetičkih genoma u stanicama, znanstvenici se nadaju da će razviti inovativne i moćne alate koji će sintetičku biologiju potaknuti ka eksponencijalnom rastu u industrijskim razmjerima. Ako uspije, ne samo da ćemo nabaviti biološke alate za oblikovanje čovjeka kao vrste: moći ćemo prepraviti živi svijet.
Stvaranje života
Sintetska biologija u osnovi je brak između principa inženjerstva i biotehnologije. Dok je DNA sekvenciranje sve samo za čitanje DNA, genetski inženjering je za uređivanje DNA, a sintetska biologija za programiranje nove DNA, bez obzira na izvorni izvor, kako bi se stvorili novi oblici života.
Sintetski biolozi vide DNK i gene kao standardne biološke građevne blokove koji se mogu koristiti kako žele za stvaranje i modificiranje živih stanica.
Promotivni video:
Postoji koncept dizajnera u ovom području, kaže dr. Jay Keesling, pionir sintetičkog inženjerstva sa Sveučilišta u Kaliforniji, Berkeley. "Kad vam tvrdi disk umre, možete otići do najbliže trgovine računala, kupiti novi, zamijeniti stari", kaže. "Zašto ne koristimo biološke dijelove na isti način?"
Da bi ubrzali napredak na ovom području, Kisling i njegovi kolege sastavljaju bazu podataka standardiziranih dijelova DNK - nazvanih BioBricks ("biobrikovi"). Može se koristiti kao dijelovi slagalice za prikupljanje genetskog materijala koji nikada prije nije viđen u prirodi.
Za Kislinga i ostale na tom području sintetska biologija je poput razvijanja novog programskog jezika. Stanice su hardver, hardver, dok je DNA softver koji ih tjera da rade. Imajući dovoljno znanja o tome kako geni djeluju, sintetički se biolozi nadaju da će moći pisati genetske programe od nule, stvarati nove organizme, mijenjati prirodu i čak usmjeravati ljudsku evoluciju u novom smjeru.
Slično genetskom inženjeringu, i sintetska biologija daje znanstvenicima priliku za eksperimentiranje s prirodnom DNA. Razlika u skali: Uređivanje gena postupak je izrezivanja / lijepljenja koji dodaje nove gene ili mijenja slova u postojećim genima. Ponekad se to ne mijenja puno.
S druge strane, sintetska biologija stvara gene od nule. To znanstvenicima daje više prostora da modificiraju poznate gene ili čak stvore vlastite. Mogućnosti su gotovo beskrajne.
Biomedicinski proizvodi, biogoriva, bio usjevi
Eksplozija sintetske biologije tijekom posljednjih deset godina već je dala rezultate koji su oduševili znanstvenike i korporacije. Još 2003. godine Keesling je objavio jednu od prvih studija koja je dokazala i pokazala snagu ovog pristupa. Fokusirao se na kemikaliju nazvanu artemisinin, snažni lijek protiv malarije dobiven iz slatkog pelina (pelina).
Unatoč brojnim pokušajima uzgoja ove biljke, njezin prinos ostaje izuzetno nizak.
Kisling je shvatio da sintetska biologija nudi način da se zaobiđe postupak berbe. Uvođenjem potrebnih gena u bakterijske stanice, zaključio je, te stanice možete pretvoriti u strojeve za proizvodnju artemisinina i na njihov račun pružiti novi bogat izvor lijeka.
To je bilo vrlo teško učiniti. Znanstvenici su trebali izgraditi potpuno novi metabolički put u stanici, omogućujući joj da obrađuje kemikalije koje prije nije poznavala. Pokusima i pogreškama znanstvenici su u jedan DNK paket spajali desetke gena iz više organizama. Umetanjem ove vrećice u E. coli - bakterija E. coli u laboratoriju se obično koristi za proizvodnju kemikalija - stvorili su novi put za bakteriju koji joj je omogućio da luči artemisinin.
Još malo zategnuvši potrebne matice, Kisling i njegov tim uspjeli su povećati proizvodnju milijun puta i deset puta smanjiti cijenu lijeka.
Artemisinin je bio samo prvi korak u golemom programu. Ovaj lijek je ugljikovodik koji pripada obitelji molekula koje se često koriste za proizvodnju biogoriva. Zašto ne primijeniti isti postupak na proizvodnju biogoriva? Zamjenom gena od kojih su bakterije stvarale artemisinin genima za proizvodnju ugljikovodika na biogoriva, znanstvenici su već napravili mnogo mikroba koji šećer pretvaraju u gorivo.
Poljoprivredna industrija je još jedna industrija koja može imati ogromnu korist od sintetske biologije. U teoriji bismo mogli uzeti gene odgovorne za fiksiranje dušika u bakterijama, staviti ih u stanice naše kulture i potpuno preokrenuti njihov prirodni proces rasta. S pravilnom kombinacijom gena mogli bismo uzgojiti usjev s cijelim spektrom hranjivih sastojaka koji zahtijevaju manje vode, zemlje, energije i gnojiva.
Sintetska biologija mogla bi se primijeniti na proizvodnju potpuno nove hrane, poput mirisa fermentacijom modificiranog kvasca ili veganskih sireva i drugih mliječnih proizvoda stvorenih bez pomoći životinja.
"Moramo smanjiti emisiju ugljika i zagađivača, koristiti manje zemlje i vode, suzbiti štetnike i poboljšati plodnost tla", rekla je dr. Pamela Ronald, profesorica na kalifornijskom sveučilištu u Davisu. Sintetska biologija može nam pružiti alate koji su nam potrebni.
Ponovno stvaranje života
Vježbajte na stranu! Jedan od krajnjih ciljeva sintetske biologije je stvaranje sintetskog organizma izrađenog isključivo od posebno dizajnirane DNA.
Glavna prepreka sada je tehnologija. Sinteza DNA trenutno je vrlo skupa, spora i sklona pogreškama. Većina postojećih metoda omogućuje vam izradu DNA lanca duljine 200 slova; normalni geni su deset puta duži. Ljudski genom sadrži oko 20 000 gena koji proizvode proteine. No, troškovi sinteze DNA naglo padaju tijekom posljednjeg desetljeća.
Prema dr. Drewu Andyju, genetičaru sa Sveučilišta Stanford, troškovi sekvenciranja jednog slova pali su s 4 dolara u 2003. na 3 centa danas. Procijenjeni trošak ispisa svih 3 milijarde slova ljudskog genoma danas iznosi 90 milijuna dolara, ali očekuje se da će pasti na 100.000 dolara tijekom 20 godina ako trend ostane isti.
90-ih je Craig Venter, poznat po svojoj vodećoj ulozi u sekvenciranju ljudskog genoma, počeo tražiti minimalni skup gena potrebnih za stvaranje života. Zajedno s kolegama s Instituta za genomska istraživanja, Venter je uklonio gene iz bakterije Mycoplasma genitalium kako bi identificirao one ključne za život.
Godine 2008. Venter je spojio ove "kritične gene" i sastavio novi "minimalni" genom od bujona kemikalija pomoću sinteze DNA.
Nekoliko godina kasnije, Venter je presadio umjetni genom u drugu bakteriju. Geni su se ukorijenili i "ponovno pokrenuli" stanicu, omogućujući joj da raste i razmnožava se - to je bio prvi organizam s potpuno umjetnim genomom.
Od bakterija do ljudi
Ako novi pothvat dobije financiranje, ponovit će Venterove eksperimente koristeći naš vlastiti genom. S obzirom na to da je ljudski genom oko 5000 puta veći od Venter-ovih bakterija, teško je reći koliko bi ova sinteza mogla biti teža.
Čak i ako sve drugo zakaže, industrija će steći dragocjeno iskustvo. Prema dr. Georgeu Churchu, vodećem genetičaru na Medicinskom fakultetu u Harvardu, ovaj projekt može otvoriti tehnološki napredak koji će poboljšati našu vlastitu sposobnost sinteze dugih niti DNA. Church čak naglašava da je glavni cilj projekta razvoj tehnologije.
Međutim, susret znanstvenika izazvao je puno skepticizma. Međutim, ovaj projekt može jednog dana dovesti do stvaranja "dizajnerskih beba" ili čak ljudi. Roditelji takvih ljudi mogu biti računala. Zamišljanje takve budućnosti jednostavno je, ali zastrašujuće: koliko je sigurno izravno manipulirati ili stvarati život? Tko će biti vlasnik ove tehnologije? Što učiniti sa životom koji se pokazao neuspješnim? Neće li sve ovo stvoriti diskriminaciju i nejednakost?
ILYA KHEL
