Teadlased on pikka aega mõelnud: kas nad suudavad luua täieõigusliku sünteetilise eluvormi? Bioloog Anthony José tutvustas rakukoodi mõistet, mille tundmine on vajalik kunstliku organismi saamiseks.
Praegu on teadlased alles hakanud tootma kunstlikke eluvorme, monteerides ümber üherakuliste mikroorganismide genoomid. Eelkõige ilmus eelmise aasta märtsis ühes eriväljaandes artikkel, milles teadlased kirjeldasid mükoplasmabakteri loomise protsessi võimalikult väikeste geenide arvuga. Soovitud tulemuse saamiseks sisestasid teadlased muudetud genoomi fragmendid, mis olid peaaegu poole originaali suurused, hävitatud DNA-ga retsipientrakku.
Sel aastal õnnestus Ameerika teadlastel Johns Hopkinsi ülikoolist hankida kunstkromosoomidega pärm, millest eemaldati kasutud ja puudulikud geenid. Lisaks õnnestus teadlastel murda geneetiline kood, muutes TAG-valkude kolmikud TAA-ks. Seetõttu vabanesid organismid TAG-koodoneid teeninud lisafragmendist.
Kui mõned teadlased üritavad luua geneetilistest jäätmetest vabu üherakulisi organisme, üritavad teised teadlased samal ajal muuta valkude kodeerimist DNA järjestuses. Praegu on selles suunas edasiminek enam kui tagasihoidlik. Vähe, mis on tehtud, on DNA tähestiku mitmekesistamine. Neljale juba olemasolevale nukleotiidtähele lisati mitu tähte. Ühes teadusartiklis kirjeldatakse, kuidas rahvusvahelisel teadlaste rühmal õnnestus E. coli genoomi sisestada kunstlikud nukleotiidid Y, X. Vaatamata sellele, et midagi sarnast tehti ka varem, suutsid teadlased tagada, et bakterid säilitaksid oma DNA-s sünteetilise osa, kuid samas edukalt areneda.
Kuid see on alles esimene samm täieõigusliku tehisorganismi poole. Järgmises etapis kavatsevad teadlased panna kunstlikke nukleotiide kodeerima aminohappeid. E. colis paigutati sünteetilised valgud Y, X genoomi ohutusse ossa, väljapoole geene kodeerivaid järjestusi. Vastasel juhul häiriksid uued peptiidid lihtsalt valgusünteesi protsessi. Rakk lihtsalt ei teaks, millise aminohappe eest see või too koodon (YGC või ATX) vastutab. Bioloogid ei ole veel loonud uut transpordi RNA-d, mis suudaks sellised kolmikud ära tunda ja sisestada kasvavasse peptiidjärjestusse teatud aminohappe.
Kuid isegi sellistes tingimustes ei saa sellist organismi kunstlikult nimetada. Samal ajal saavad teadlased aru, millised on nende järgmised tegevused. Sünteetiline organism saab peale uute nukleotiidide ka uusi aminohappeid, mida kas üldse ei esine või on raku sees äärmiselt haruldased. Teadlased teavad hästi, et kõiki nukleotiidide kolmikuid kodeerib ainult kakskümmend standardset aminohapet. Teatud tingimustel võib valku lisada mõningaid muid aminohappeid, sealhulgas selenotsüsteiini. Tänu geneetilise koodi lisatähtedele on võimalik valku rikastada ja moodustada koodoone, mis vastavad uutele aminohapetele.
Hoolimata asjaolust, et sünteetiline bioloogia on saavutanud mõningast edu, ei tea teadlased ikkagi täpselt, milline teave on oluline antud tunnustega organismi saamiseks. DNA järjestus on vaid lähtepunkt. Kõik taime või looma rakud sisaldavad sama genoomi, kuid organismide arengu käigus on rakud piiritletud ehk täidavad erinevaid funktsioone. Selles protsessis on oluline roll sekundaarsel (nn epigeneetilisel) regulatsioonil, mille käigus ühendid teatud geenid välja lülitavad või aktiveerivad. Lõppkokkuvõttes võib üks rakk transformeeruda fibroblastiks ja teine neuroniks.
Marylandi ülikooli bioloog Anthony José uurib, kuidas nongeneetiline teave määrab organismi. Teadlane pakkus välja rakukoodi kontseptsiooni, mis on suletud kolmemõõtmelises ruumis paiknevates bioloogilistes molekulides. Neid molekule on vaja ülejäänud organismi taastamiseks. Selle teabe salvestamiseks pole vaja kõiki keeruka organismi rakke, piisab mitmest või isegi ühest rakust. Sugulisel teel paljunevate organismide jaoks on selline hoidla sügoot (see on rakk, mis moodustub pärast naissugurakkude viljastamist spermaga).
Reklaamvideo:
Teadlase sõnul on rakukoodi dešifreerimiseks vaja uurida kogu organismi rekonstruktsiooni tsüklit. Teisisõnu on vaja käsitleda elusorganismi arengut ja paljunemist ühe protsessina. Selle toimimise täielikuks mõistmiseks ei piisa DNA dešifreerimisest.
Sügootide moodustumise ajal ei mõjuta uue organismi teket mitte ainult ootsüüdist ja spermast saadud DNA, vaid ka suguraku tsütoplasma. Sugurakkude küpsemise ajal kogunevad ained (mRNA, valgud, transkriptsioonifaktorid) võivad põhjustada ema toimet. Nad esinevad embrüo arengu varases staadiumis ja on isegi võimelised seda tapma (see on tüüpiline mai mardikate jaoks). Teatud rolli mängib ka nende ainete ruumiline struktuur. Eelkõige moodustavad nad putukatel keha teljed ja määravad molluskite kestade lokke.
Teadlane pakub välja järgmise skeemi: rakk, millel on bioloogilised makromolekulid ja muud ühendid, muutub toitainete, signaalmolekulide ja temperatuuri (st välistegurite) vastastikmõjus protsessis teise olekusse, mis omakorda mõjutab keskkonda. Sarnaselt läbib kogu süsteem teatud arvu tsükleid, kogudes samal ajal uusi aineid. Uus etapp sõltub eelmisest, nii et seda saab ennustada.
Jose on mures, et bioloogid ei tea endiselt kõige lihtsama organismi kogu rakukoodi, kuid nad on DNA-ga töötades sellest hoolimata juba alustanud pool-kunstliku eluvormi loomist. Teadlase sõnul sarnanevad sellised geneetilise materjaliga manipuleerimised mingis mehhanismis osade väljavahetamisele, seega võivad need eetika seisukohalt olla väga riskantsed.
Rakukoodi dešifreerimiseks teeb bioloog ettepaneku võrrelda sigootide sisemisi omadusi kõige lihtsamate mikroorganismide, näiteks üherakuliste vetikate põlvkondade seerias. Nendel eesmärkidel võivad sobida ka minimaalselt genoomiga poolkunstlikud bakterid. Isapoolse või emaliku efekti uurimisel on võimalik kindlaks teha olulisi väliseid tegureid. Tähtsate molekulide ruumilise paigutuse uuringut saab läbi viia süstemaatilise biokeemilise ja molekulaaranalüüsi abil, kasutades fluorestsentsmolekule.
