Zrobili sztuczne życie

rp.pl, Piotr Kościelniak 21-05-2010, 07:40

Komórkę ze sztucznym genomem sterującym jej pracą stworzył zespół z J. Craig Venter Institute

„Informujemy o zaprojektowaniu, syntezie i złożeniu genomu M. mycoides powstałego na podstawie informacji cyfrowej, transplantacji tego genomu do komórki M. capricolum, która stała się komórką M.mycoides kontrolowaną przez syntetyczny chromosom” – tak zawile rozpoczynają swój artykuł w „Science” naukowcy z J. Craig Venter Institute. W laboratorium powstał genom – przepis na życie – wzorowany na istniejącej bakterii. Tę sztuczną konstrukcję wszczepiono do komórki innej bakterii, w efekcie całkowicie zmieniając jej cechy. To pierwsza sztuczna komórka – podkreślają naukowcy.

To ukoronowanie 15 lat pracy zespołu 20 naukowców specjalizujących się w manipulacjach genetycznych. W dzisiejszym wydaniu „Science” zespół Craiga Ventera i Daniela Gibsona opisuje, jak – krok po kroku – udało się im złożyć sztuczny genom bakterii, umieścić go w komórce, a następnie tę komórkę „uruchomić” – już z nowym przepisem na życie.

– To potężne narzędzie do skłonienia biologii, aby robiła to, co chcemy – mówi Venter.

Modyfikacje sztucznego genomu mają pozwolić naukowcom na skonstruowanie organizmów produkujących paliwa, leki, szczepionki czy substancje chemiczne. I te organizmy opatentować. Prace, które doprowadziły do skonstruowania sztucznego żywego organizmu, kosztowały ok. 40 mln dolarów.

Trzy kroki do sukcesu

Cała historia ma swój początek w połowie lat 90., gdy naukowcom udało się zsekwencjonować cały genom bakterii Mycoplasma genitalium – wówczas uznawany za najbardziej prymitywny i najmniejszy. Z niecałych 500 genów naukowcy wycięli jeszcze 100, które uznali za niepotrzebne. Bakteria nadal funkcjonowała, a uczeni stworzyli minimalny zasób genetyczny niezbędny do życia prostego mikroorganizmu.

Zamierzeniem Ventera było samodzielnie złożyć taki genom z gotowych części – na wzór Mycoplasma genitalium. Taki sztuczny chromosom powstał w 2008 roku. Został dodatkowo wyposażony w „znak wodny” pozwalający odróżnić go od występujących naturalnie. Rok wcześniej Venter z powodzeniem przeszczepił DNA jednej bakterii do komórki drugiej.

Teraz udało się te dwa kroki połączyć – sztuczny genom opracowany w laboratorium wszczepiono komórce. A ta zaczęła działać.

Z początku prace postępowały jednak opornie. Okazało się, że Mycoplasma genitalium zbyt wolno się rozwija w laboratorium. Dlatego zmieniono gatunek bakterii na M. mycoides. Dla pewności w ubiegłym roku naukowcy wypróbowali jeszcze jedną sztuczkę – cały genom jednej bakterii wycięli, wszczepili go do komórek drożdży, a następnie włożyli do innej bakterii – M. capricolum. Po co sięgnięto po drożdże? Dysponują one świetnie działającymi enzymami sklejającymi fragmenty DNA. A to właśnie było potrzebne naukowcom.

Geny ze sklepu

Naukowcy kupili potrzebne im sekwencje DNA, z których zamierzali samodzielnie złożyć genom M. mycoides. Niektóre fragmenty zostały oznakowane (m.in. adresami e-mail i nazwiskami). Następnie wykorzystano komórki drożdży i bakterii E. coli do sklejania drobnych kawałków w dłuższe łańcuchy – najpierw po 10 tys. zasad, później 100 tys., aż wreszcie osiągnięto nieco ponad milion par zasad składających się na kompletny genom.

Umieszczono go w opróżnionej wcześniej komórce M. capricolum. I... nic się nie stało. Komórka nie „ożyła”. Przez trzy miesiące zespół sprawdzał – literka po literce – genetyczny przepis, szukając błędu. Udało się dopiero miesiąc temu – na jednej z płytek nagle zaczęła rosnąć kolonia oznakowanych (niebieskich) bakterii. – Zmieniliśmy jeden gatunek w inny – cieszy się Venter.

– To jest kamień milowy syntetycznej biologii – zachwyca się w „Science” Jef Boeke z Johns Hopkins University. – Jedno jest pewne. W laboratorium Ventera będą powstawać interesujące nowe stworzenia.

Ale sami naukowcy są podzieleni co do przyszłości tej techniki. Niektórzy – jak Anthony Forster z Vanderbilt University – nie chcą nawet uznać, że to pierwszy syntetyczny organizm, bo sztuczny genom umieszczono w żywej komórce.

Naukowcy martwią się również możliwością nadużyć, choć przyznają, że technologia jest tak skomplikowana, że na razie nieosiągalna dla terrorystów. Sam Venter podkreśla, że wystąpił o bioetyczną analizę tego problemu już dziesięć lat temu. – To chyba pierwszy przypadek, gdy ocena bioetyczna została wykonana jeszcze przed eksperymentem. Chcemy, aby nauka postępowała w sposób etyczny i rozważny, biorąc pod uwagę skutki – mówi naukowiec.

– Przed bioinżynierami jeszcze wiele wyzwań, zanim uda im się dowolnie mieszać i wymieniać geny – prognozuje genetyk Paul Keim z Northern Arizona University. Na zapowiadane przez naukowców leki i paliwa z modyfikowanych bakterii przyjdzie nam jeszcze poczekać.

John Craig Venteramerykański biolog i przedsiębiorca

Urodził się 64 lata temu w Salt Lake City. Jako nastolatek wiele czasu spędzał na desce, chciał zostać surferem. Duży wpływ na jego życie miał wyjazd na wojnę do Wietnamu, gdzie pracował w szpitalu polowym. Po powrocie do kraju skończył medycynę. Swoją karierę związał jednak z pracą w laboratorium. Założony przez niego w 1992 roku Institute for Genomic Research jako pierwszy opracował cały materiał genetyczny bakterii. W 2007 roku Venter był pierwszym człowiekiem, który poznał sekwencję swojego DNA. W tym samym roku rozpoczął pracę nad utworzeniem w sposób syntetyczny żywego organizmu. Dwukrotnie znalazł się na liście 100 najbardziej wpływowych ludzi tygodnika „Time”. „Albo jest jednym z najbardziej elektryzujących naukowców swojej epoki, albo jednym z najbardziej szalonych” – pisał „Washington Post”. Założyciel Celera Genomics, Synthetic Genomics oraz J. Craig Venter Institute.

—ifr