Eelmisel nädalal kogunes Harvardisse 150 kutsutud eksperdi rühm. Suletud uste taga arutasid nad terve inimese genoomi nullist kujundamise ja ehitamise väljavaateid, kasutades ainult arvutit, DNA-süntesaatorit ja toorainet. Seejärel viiakse inimese elusasse rakku kunstlik genoom, mis asendab selle loomulikku DNA-d. Lootus on, et rakk "taaskäivitub", muudab oma bioloogilised protsessid toimima, lähtudes kunstliku DNA juhistest.
Teisisõnu võime varsti näha esimest "kunstlikku inimrakku".
Kuid eesmärk pole lihtsalt luua inimene 2.0. Selle projekti HGP-Write: Suurte sünteetiliste genoomide testimine rakkudes kaudu loodavad teadlased välja töötada uuenduslikud ja võimsad tööriistad, mis soodustavad sünteetilist bioloogiat eksponentsiaalse kasvu suunas tööstuslikus ulatuses. Edu korral omandame mitte ainult bioloogilisi vahendeid inimese kui liigi kujundamiseks: suudame ümber teha ka elava maailma.
Elu loomine
Sünteetiline bioloogia on põhimõtteliselt abielu inseneri ja biotehnoloogia põhimõtete vahel. Kui DNA järjestamine on seotud DNA lugemisega, siis geenitehnoloogia seisneb DNA muutmises ja sünteetiline bioloogia uue DNA programmeerimises, hoolimata selle algallikast, et luua uusi eluvorme.
Sünteetilised bioloogid näevad DNA-d ja geene standardsete bioloogiliste ehitusdetailidena, mida saab elusrakkude loomiseks ja modifitseerimiseks soovi korral kasutada.
Reklaamvideo:
Selles piirkonnas on disaineri kontseptsioon, ütleb dr Jay Keesling, sünteetilise inseneri pioneer California ülikoolist Berkeleys. "Kui kõvaketas sureb, võite minna lähimasse arvutipoodi, osta uue, asendada vana," ütleb ta. "Miks me ei kasuta bioloogilisi osi samal viisil?"
Selles valdkonnas edasimineku kiirendamiseks panevad Kisling ja tema kolleegid kokku standardiseeritud DNA tükkide andmebaasi BioBricks. Seda saab kasutada pusletükkidena, et koguda looduses varem nägemata geneetilist materjali.
Kislingile ja teistele selles valdkonnas on sünteetiline bioloogia nagu uue programmeerimiskeele väljatöötamine. Rakud on riistvara, riistvara, DNA aga tarkvara, mis paneb need tööle. Piisavate teadmistega geenide toimimisest loodavad sünteetilised bioloogid, et nad saavad geeniprogramme kirjutada nullist, luua uusi organisme, muuta loodust ja isegi suunata inimese evolutsiooni uues suunas.
Sarnaselt geenitehnoloogiale annab sünteetiline bioloogia teadlastele võimaluse katsetada looduslikku DNA-d. Skaala erinevus: geenide redigeerimine on lõikamis- / kleepimisprotsess, mis lisab uusi geene või muudab olemasolevates geenides tähti. Mõnikord ei muutu see palju.
Sünteetiline bioloogia seevastu loob geenid nullist. See annab teadlastele rohkem paindlikkust teadaolevate geenide modifitseerimiseks või isegi nende loomiseks. Võimalusi on peaaegu lõputult.
Biomeditsiinid, biokütused, biokultuurid
Sünteetilise bioloogia plahvatus viimase kümne aasta jooksul on juba andnud tulemusi, mis on vaimustanud nii teadlasi kui ka korporatsioone. Veel 2003. aastal avaldas Kisling ühe esimese uuringu, mis tõestas ja demonstreeris sellise lähenemise jõudu. See keskendus kemikaalile nimega artemisiniin, võimas malaariavastane ravim, mis ekstraheeriti magusast koirohust (koirohust).
Vaatamata arvukatele katsetele seda taime kasvatada, on selle saagikus endiselt äärmiselt madal.
Kisling mõistis, et sünteetiline bioloogia pakub viisi koristusprotsessist täielikult mööda hiilida. Võttes vajalikke geene bakterirakkudesse, põhjendas ta, et saate need rakud muuta artemisiniini tootmise masinateks ja pakkuda nende arvelt uue rohke ravimi allika.
Seda oli väga raske teha. Teadlastel oli vaja rakku rakendada täiesti uus metaboolne rada, võimaldades tal töödelda kemikaale, mida ta varem ei teadnud. Katse-eksituse meetodil ühendasid teadlased ühte DNA paketti kümneid geene mitmest organismist. Sisestades selle koti E. coli - bakterit E. coli kasutatakse laboris tavaliselt kemikaalide valmistamiseks -, loodi bakteritele uus rada artemisiniini eritamiseks.
Vajalike pähklite veidi keeramisega suutis Kisling ja tema meeskond tootmist miljon korda suurendada ja ravimi hinda kümnekordselt vähendada.
Artemisiniin oli tohutu programmi esimene samm. See ravim on süsivesinik, mis kuulub biokütuste tootmiseks sageli kasutatavate molekulide perekonda. Miks mitte rakendada sama protsessi biokütuste tootmisel? Asendades geenid, mida bakterid kasutasid artemisiniini tootmiseks, biokütuste süsivesinike tootmise geenidega, on teadlased juba teinud palju mikroobe, mis muudavad suhkru kütuseks.
Põllumajandustööstus on veel üks tööstusharu, mis võib sünteetilisest bioloogiast tohutult kasu saada. Teoreetiliselt võiksime võtta bakterites lämmastiku fikseerimise eest vastutavad geenid, viia need oma kultuuri rakkudesse ja nende loomuliku kasvuprotsessi täielikult ümber pöörata. Õige geenikombinatsiooni abil saaksime kasvatada kogu toitainete spektriga saagi, mis nõuab vähem vett, maad, energiat ja väetist.
Sünteetilist bioloogiat võiks rakendada täiesti uute toitude, näiteks lõhna- ja maitseainete modifitseeritud pärmi või veganjuustude ja muude loomade abita loodud piimatoodete kääritamisel.
"Peame vähendama süsiniku ja saasteainete heidet, kasutama vähem maad ja vett, tõrjuma kahjureid ja parandama mulla viljakust," ütles dr Davela California ülikooli professor dr Pamela Ronald. Sünteetiline bioloogia võib pakkuda meile vajalikke tööriistu.
Elu taastamine
Harjutage kõrvale! Sünteetilise bioloogia üks lõppeesmärke on luua spetsiaalselt spetsiaalselt loodud DNA-st valmistatud sünteetiline organism.
Peamine takistus on nüüd tehnoloogia. DNA süntees on praegu väga kallis, aeglane ja altid vigadele. Enamik olemasolevatest meetoditest võimaldavad teha DNA tähe pikkuseks 200 tähte; tavalised geenid on kümme korda pikemad. Inimese genoom sisaldab umbes 20 000 valku tootvat geeni. Kuid DNA sünteesi maksumus on viimase kümne aasta jooksul kiiresti langenud.
Stanfordi ülikooli geneetiku dr Drew Andy sõnul on ühe kirja järjestamise kulud langenud 2003. aasta 4 dollarilt täna 3 sendile. Inimgenoomi kõigi 3 miljardi tähe printimise hinnanguline maksumus on täna 90 miljonit dollarit, kuid eeldatavasti langeb see 20 aasta jooksul 100 000 dollarini, kui trend jääb samaks.
90ndatel hakkas Craig Venter, kes oli tuntud oma peamise rolli tõttu inimese genoomi järjestamisel, otsima elu loomiseks vajalikke minimaalseid geenikomplekte. Koos kolleegidega Genoomiuuringute Instituudis eemaldas Venter bakterist Mycoplasma genitalium geenid, et tuvastada elukriitilised.
2008. aastal pani Venter need “kriitilised geenid” kokku ja pani DNA sünteesi abil kemikaalipuljongist kokku uue “minimaalse” genoomi.
Mõni aasta hiljem siirdas Venter kunstliku genoomi teise bakterisse. Geenid juurdusid ja "taaskäivitasid" raku, võimaldades sellel ise kasvada ja paljuneda - see oli esimene täielikult kunstliku genoomiga organism.
Bakteritest inimesteni
Kui uus ettevõtmine saab rahastust, kordab see meie enda genoomi abil Venteri katseid. Arvestades, et inimese genoom on Venteri bakteritest umbes 5000 korda suurem, on raske öelda, kui palju see süntees raskem võiks olla.
Isegi kui kõik muu ebaõnnestub, saab tööstus väärtuslikke kogemusi. Harvardi meditsiinikooli juhtgeneetiku dr George Churchi sõnul võib see projekt avada tehnoloogilisi edusamme, mis parandavad meie endi võimet sünteesida pikki DNA ahelaid. Kirik rõhutab isegi, et projekti peamine eesmärk on tehnoloogiaarendus.
Teadlaste kohtumine tekitas aga palju skepsist. Olgu see kuidas on, aga see projekt võib ühel päeval viia "disainibeebide" või isegi inimeste loomiseni. Selliste inimeste vanemad võivad olla arvutid. Sellist tulevikku on lihtne ette kujutada, kuid see on hirmutav: kui ohutu on elu otseselt manipuleerida või luua? Kellele see tehnoloogia kuulub? Mida teha eluga, mis on osutunud ebaõnnestunuks? Kas see kõik ei tekita diskrimineerimist ja ebavõrdsust?
ILYA KHEL
