Genetycy bawią się w Boga

Już w 2008 r. Craig Venter (*1946) przeniósł oczyszczoną informację genetyczną z bakterii Mycoplasma mycoides na jej krewną Mycoplasma capricolum. Bakteria przysposobiła się do obcego DNA, zmieniła swój wygląd i przekazywała nową postać genu dalszym pokoleniom. Po tym eksperymencie Venter zdecydował się zaszczepić w bakterii syntetyczne DNA. W 2010 r. podjął próbę syntezy DNA bakterii Mycoplasma mycoides. Jej informacja dziedziczna składa się z ponad miliona liter, w związku z czym proces tworzenia trwa dość długo. Uczeni zaczęli tworzyć jej fragmenty, zawsze o długości 1000 nukleotydów (znaków, liter DNA), wśród których umieścili swoje imiona i adresy e-mail. Następnie łączyli razem fragmenty kodu. Jednak technika laboratoryjna nie poradziła sobie z przetworzeniem tak długiego wzoru, dlatego też do skompletowania DNA wykorzystano drożdże dysponujące świetnie działającymi enzymami sklejającymi jego fragmenty.

Następnie Venter przeszczepił sztucznie stworzony genom do "opróżnionej" bakterii Mycoplasma capricolum, ta jednak zniszczyła obce DNA za pomocą enzymów. Mikrob chroni własną informację genetyczną wiązaniem cząsteczek znajdujących się na jej powierzchni, których to cząsteczek nie posiadało przeszczepiane DNA. Uczeni zaopatrzyli sztuczne DNA w to dodatkowe "okrycie" oraz osłabili nieprzyjazne enzymy. Transplantacja zakończyła się sukcesem i bakterie zaczęły się rozmnażać. Jednak nie wszystkie problemy zostały pokonane - nowe DNA nie działało, a bakterie momentalnie umierały. Po kilku dniach zespół Ventera odkrył, że z genu wypadła jedna litera kodu. Po korekcie bakterie żyły i rozmnażały się, a nawet tworzyły białka na podstawie informacji zapisanych w sztucznym DNA.

Venter nazwał "sztuczną" bakterię Synthią (JCVI-syn1), czym wskazywał na jej syntetyczne pochodzenie. Media żyły informacjami o projekcie Ventera, on sam mówił o sobie, że jako pierwszy człowiek stworzył sztuczne życie. Tymczasem naukowcy są podzieleni co do przyszłości oraz samej natury zastosowanej techniki. Niektórzy - jak Anthony Forster z Vanderbilt University - nie chcą nawet uznać, że to pierwszy syntetyczny organizm, bo sztuczny genom umieszczono wszak w żywej komórce. Syntetyczna była więc wyłącznie przeszczepiona informacja genetyczna, która nie mogłaby istnieć bez komórki. Bakteria, którą Verner "pożyczył" jako nośnik sztucznego genomu, ma wyjątkowe cechy, których nie umie sztucznie stworzyć żaden człowiek. Potrafi odczytać, naprawić oraz chronić skonstruowane przez człowieka DNA. Venter nie stworzył zatem nowego życia, ale wypożyczył organizm, do którego zaszczepił sztuczne DNA.

Ponadto bakterie, które wybrał, są same z siebie skłonne do przyjmowania obcego DNA. Na tej samej zasadzie budują m.in. odporność na antybiotyki. Genetyczna manipulacja komórkami jest już możliwa i praktykowana od wielu lat. Zgodnie ze stanem nauki w 2012 roku można przykładowo "skopiować" DNA z istniejącego DNA lub RNA, jednak nie więcej niż 10-20 tys. nukleotydów na raz. DNA można też syntetyzować chemicznie przy istotnym ograniczeniu - nie więcej niż około 100 nukleotydów na raz (większe cząsteczki trzeba składać z tych małych fragmentów). Całkowity koszt badań Ventera wyniósł ok. 40 mln dolarów.

Praca Ventera przyniosła jednak genetyce bezsporne korzyści - możliwość zmiany DNA bakterii jest bardzo ważnym postępem nauki. Także stworzenie długich łańcuchów DNA jest wynikiem pracy amerykańskiego laboratorium. Venter ze swoim zespołem badawczym planują wykorzystanie mikroorganizmów ze sztucznym genomem, np. do produkcji związków chemicznych, które umieją syntetyzować tylko niektóre organizmy (glony i in.). Mogłyby również zostać wykorzystane, jako leki przeciwnowotworowe, przeciwwirusowe oraz skierowane przeciw pasożytom. Potencjalne zastosowania można mnożyć. Pomoc w poszukiwaniu nowych paliw, alternatywnych metod oczyszczania wody, technik oświetlenia, szybszych metod produkcji szczepionek lub likwidacji gazów cieplarnianych. Synteza chemiczna takich substancji jest na razie złożona i kosztowna, bakterie zaś mogłyby je tworzyć naturalnie. Procesami tymi zajmuje się nowa dziedzina nauki - biologia syntetyczna - zwana Syncio (od ang. Syntehtic Biology), łącząca w sobie elementy inżynierii genetycznej. Jednak aby wykorzystywać w praktyce genetycznie zmodyfikowane bakterie, należy prowadzić badania przez kolejne lata.

Craig Venter jest postacią kontrowersyjną. W autobiografii przyznał, że nie był dobrym uczniem, nie szczególnie interesował się szkołą. Sam zdiagnozował u siebie ADHD (zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi) i rzeczywiście później znalazł w swoim DNA geny kojarzone z ADHD. Twierdzi, że do medycyny skłoniła go wojna w Wietnamie (1957-1975), w której brał udział, służąc w szpitalnym oddziale intensywnej terapii. Później skupił się na badaniach biomedycznych. Studiował biochemię, fizjologię oraz farmakologię i zatrudnił się w U.S. National Institutes of Health (Narodowym Instytucie Zdrowia USA) w Maryland, gdzie nauczył się odszyfrowywania mRNA. Sfrustrowany pracą, w której przez 10 lat miał izolować jeden gen, Venter chciał odnaleźć szybszą drogę. Postanowił wyizolować kopie genów stworzonych przez żywe komórki i stworzyć sekwencje tylko tych części genomu, które kodują geny.

Sposób ten nosi nazwę EST  (ang. Expressed Sequence Tags - sekwencyjne znaczniki ekspresji). Metoda Ventera zainteresowała Wallace Steinberga (1934-1995), który planował założyć prywatną firmę badającą geny. Venter nalegał jednak na instytucję non-profit, dlatego Steinberg powierzył mu kierownicze stanowisko w The Institute for Genomic Research, finansowanym przez nową firmę Human Genome Sciences. W tym czasie, około 1992 r., Venter wytwarzał tysiące EST ludzkiego genomu odcinków umożliwiających m.in. mapowanie chromosomów.

Później w centrum jego zainteresowań znalazły się inne komórki - bakterie. W tym samym czasie w U.S. National Institutes of Health pracowano nad bakteriami E. coli, jednak badanie rozwijało się bardzo powoli. Venter podjął wyzwanie i zdecydował, że będzie pierwszym człowiekiem, któremu uda się dekodować DNA bakterii za pomocą najnowszej techniki "shotgun".Metoda polega na pocięciu całego DNA na niewielkie fragmenty, które poddane są analizie. Haemophilus influenzae były pierwszymi bakteriami i pierwszymi żywymi organizmami (oprócz wirusów), których DNA udało sie dekodować. Sukces ten spowodował rewolucję w mikrobiologii medycznej w 1995 r. Zainspirował naukowców, którzy starali się odczytać wszystkie patogeny i sprawdzić, jak mikroby atakują komórki ludzkie. Wielu utalentowanych uczonych rozpoczęło współpracę z Venterem. Największe zasługi w dekodowaniu Haemophilus influenzae miał laureat Nagrody Nobla dr Hamilton O. Smith, któremu Venter przypisuje ogromne zasługi.

Jednym z nowych jego kolegów stał się dr Michael W. Hunkapiller, prezes firmy PE Biosystems, lidera na światowym rynku aparatury analitycznej, służącej m.in. do sekwencjonowania genów. Hunkapiller szybko uświadomił sobie, że prywatna firma z kilkoma urządzeniami do sekwencjonowania DNA będzie pracować dokładniej, szybciej i taniej niż wielu pracowników. Szybko przekonał Ventera, aby zajął się prowadzeniem tejże firmy, która otrzymała nazwę Celera Corporation.

Celera jest prywatną firmą komercyjną, generującej zysk głównie ze sprzedaży dostępu do swojej bazy genomów. W 2006 r. Venter założył organizację J. Craig Venter Institute w Rockville w Maryland, która przeprowadza badania genetyczne. Współzawodniczy przede wszystkim z Human Genome Project, międzynarodowym projektem badawczym mapującym genom ludzki, prowadzonym przez Departament Energii USA oraz Narodowy Instytut Zdrowia USA. Niektórzy naukowcy twierdzą, że technika "shotgun" Ventera jest mniej dokładna niż sekwencjonowanie "clone-by-clone", które wykorzystywał Human Genome Project. Pomimo to technika "shotgun" została zaakceptowana i wciąż stanowi standardową metodę sekwencjonowania.

Krzysztof Pochwicki, 21 Wiek