Stworzono pierwsze w pełni syntetyczne życie
Brytyjscy naukowcy stworzyli odmianę popularnej bakterii jelitowej Escherichia coli, która opiera się na całkowicie syntetycznej formie DNA. To oznacza, że jesteśmy krok bliżej od stworzenia sztucznego życia.
Osiągnięcie grupy uczonych z Uniwersytetu Harvarda pod kierownictwem prof. George'a Churcha utoruje drogę dla rozwoju inżynierii komórkowej. W niedalekiej przyszłości będzie możliwe projektowanie bakterii, które będą wytwarzały konkretne katalizatory, hormony oraz białka. Środowisko związane z dziedziną biologii syntetycznej pochwala to odkrycie.
Życie de novo
Organizm zaprojektowany w warunkach laboratoryjnych to odmiana popularnej bakterii występującej u każdego człowieka. Mimo że jest zbliżona do swojego naturalnego kuzyna, to ma w pełni syntetyczny materiał genetyczny. Prace nad Syn61, jak nazywa się organizm, trwały dwa lata i prowadziły je naukowcy z Uniwersytetu Harvarda oraz Uniwersytetu w Cambridge.
Sztuczny genom zawiera 4 miliony par zasad, elementów budulcowych DNA, podzielonych między adeninę, cytozynę, tyminę i guaninę (A,C,T,G). Kompletny genom Syn61 rozpisany na litery A, C, T i G zająłby 970 stron A4. Jest to największy syntetyczny genom stworzony przez naukowców.
- Nie byliśmy pewni, że uda nam się stworzyć od zera genom tak duży. Nie wiedzieliśmy też czy uda nam się go zmienić. Potrzebowaliśmy techniki, która pozwoliłaby nam zobaczyć, gdzie popełniliśmy błąd, jeżeli coś poszłoby nie tak - powiedział dr Jason Chin, biolog syntetyczny, który kierował projektem.
DNA zwinięte w jądrze komórkowym zawiera instrukcje potrzebne do funkcjonowania każdego organizmu. Gdy komórka potrzebuje więcej konkretnego białka, z DNA odczytywana jest instrukcja pozwalająca na jego produkcję. Informacje w DNA są upakowane trójkami w tzw. kodonach (TCG, TCA). Praktycznie wszystkie nam organizmy żywe - od meduz po ludzi - wykorzystują 64 kodony. Ale wiele z nich przekazuje tą samą informacje. W sumie 61 kodonów buduje 20 naturalnych aminokwasów, które można połączyć razem jak koraliki na sznurku, aby zbudować dowolne białko. Trzy pozostałe kodony są znakami stop i mówią komórce, gdy białko jest gotowe - tak jak kropka oznacza koniec tego zdania.
Zespół China przeprojektował genom E. coli usuwając z niego niektóre ze zbędnych kodonów. Najpierw przeprowadzono dziesiątki symulacji, a dopiero później zabrano się za prace laboratoryjne. Gdy naukowcy natrafili na TCG, kodon tworzący aminokwas zwany seryną, przepisali go na AGC, który odpowiada za produkcję tego samego białka. Dwa inne kodony zostały podmienione w identyczny sposób.
Ponad 18 000 edycji później, usunięto każdy z kodonów z genomu E.coli. Przeprojektowany kod genetyczny został następnie zsyntetyzowany chemicznie i - kawałek po kawałku - dodany do bakterii, gdzie zastąpił naturalny genom. W rezultacie powstał organizm o całkowicie syntetycznym i radykalnie zmienionym DNA. Bakteria Syn61 jest trochę dłuższa niż normalnie i rośnie około 60 proc. wolniej, ale zachowuje wszystkie podstawowe funkcje życiowe.
Naukowcy znaleźli tylko cztery błędy wśród czterech milionów sztucznie zsyntetyzowanych liter genetycznych i zostały one łatwo skorygowane. Ale to dopiero początek - ambicje dr China sięgają daleko poza tworzenie rekordowo długich chromosomów.
Na co komu sztuczne życie?
W 2010 r. amerykańscy naukowcy ogłosili stworzenie pierwszego na świecie organizmu z syntetycznym genomem. Zmodyfikowana bakteria Mycoplasma mycoides miał genom składający się z miliona par zasad, a ponadto nie został on całkowicie przeprojektowany. Najnowsze osiągnięcie brytyjskich naukowców ma zatem znacznie większą rangę.
- Wprowadzamy syntetyczną genomikę na nowy poziom, nie tylko budując największy jak dotąd syntetyczny genom, ale także dokonując najpoważniejszych zmian w jego obrębie - powiedział Tom Ellis, biolog z Imperial College London.
Organizmy powstałe w wyniku inżynierii genetycznej mogą być przyszłością medycyny. Ponieważ ich DNA jest "nienaturalne", inwazyjne wirusy nie będą się w nich rozprzestrzeniać. To nada im niezwykłej odporności. Bakterie E.coli są już wykorzystywane przez przemysł farmaceutyczny do wytwarzania insuliny dla cukrzyków i innych leków wykorzystywanych m.in. do walki z rakiem, stwardnieniem rozsianym i chorobami oczu. Ale jeżeli takie bakterie zostaną zainfekowane przez wirusy, cała hodowla idzie na marne.
