Krok po kroku zbliżamy się do świata, w którym sztucznie wyprodukowane w laboratorium organizmy staną się normalnością. Jak napisał jeden z ostatnich numerów Science, zespół genetyków pod kierownictwem Amerykanina Craiga Ventera po raz pierwszy w historii zrekonstruował całkowicie kod DNA prostego organizmu.
O tym, że słynny amerykański biochemik wziął za cel stworzenie sztucznego życia, wiadomo było już oda dawna. Zanim jednak będzie w stanie stworzyć nieistniejący w przyrodzie organizm – a to jego idee fixe – musiał nauczyć się konstruowania genomu na „naturalnych” mikrobach. Przystąpił zatem, wraz z zespołem wybranych przez siebie naukowców, do prac nad rekonstrukcją chromosomu bakterii Mycoplasma genitalium. Dlaczego właśnie tej bakterii? Jest to najmniejszy z organizmów, jakie udaje się hodować w laboratorium. W naturalnej postaci jest pasożytem nabłonka organów płciowych i dróg oddechowych, ale w laboratorium daje prawdziwe pole do popisu. Jego genom ma tylko (!) 580 tysięcy nukleotydów i ok. 520 genów. Jeśli dodamy, że to prawie 40 razy mniej niż u człowieka, zrozumiałe staje się, dlaczego naukowcy zaczynają właśnie od tej bakterii.
Genom mykoplazmy poznano już dziesięć lat temu. Co innego jednak znać zawartość genomu, a co innego – zbudować go od zera. Tego właśnie zadania podjęli się Craig Venter z kolegami. Warto dodać, że wśród zatrudnionych przez niego w J. Craig Venter Institute badaczy jest Dr Hamilton Smith, laureat nagrody Nobla w 1978 roku. Smith jest jednym z odkrywców enzymów restrykcyjnych, niezwykle użytecznego narzędzia w dzisiejszej inżynierii genetycznej, a zatem jego nazwisko to nie tylko prestiż, ale i bardzo konkretna wiedza na temat genetyki.
Bardzo długo trwały spekulacje, czy zespół Ventera osiągnął to, co zamierzył. The Guardian ogłosił sukces już w październiku zeszłego roku, ale informacje te zostały szybko zdementowane przez J. Craig Venter Institute jako przedwczesne. Bomba wybuchła na nowo w zeszłym miesiącu: chromosom mykoplazmy rzeczywiście został zrekonstruowany.
Mykoplazma na drożdżach
Nad rekonstrukcją DNA bakterii Mycoplasma genitalium pracował zespół 17 naukowców. Nukleotydy łączone były razem w większe struktury, które badacze nazwali „kasetkami” genowymi. W sumie powstało ich 101. Następnie trzeba było posklejać je w odpowiedniej kolejności. Badacze łączyli je w sekwencje, zawierające jedną czwartą całego genomu mykoplazmy. Każdy taki dłuższy fragment wprowadzali do komórek bakterii, które zaczynały je powielać. Sposób ten miał jednak swoje ograniczenia, ponieważ mikroby, które „pomagały” naukowcom, nie były w stanie powielić fragmentu złożonego z więcej niż ok. 200 tys. nukleotydów. Po kilku miesiącach rozpaczliwego dreptania w miejscu, zespół Ventera znalazł wyjście z kłopotu: drożdże. Komórki tych grzybów były w stanie łączyć duże fragmenty DNA. To dzięki cierpliwej pracy drożdży, które posklejały ćwiartki genomu w całość, naukowcy osiągnęli cel, syntetyzując cały chromosom mykoplazmy – odtąd największego fragmentu DNA, jaki udało się skleić sztucznie, w laboratorium.
Bakterie - jedne z najprostszych organizmów. Źr. Wikipedia.Aby odróżnić swoje dzieło od naturalnie powstałych, Smith, Venter i ich koledzy nazwali je Mycoplasma JCVI-1.0. Wprowadzili też swoiste „znaki wodne” – specyficzne skręcenia nici w genomie, które określają pochodzenie chromosomu (u bakterii cały genom zawiera się w jednym chromosomie), ale nie wpływają na jego funkcje genetyczne. W swoim konstrukcie wprowadzili też ulepszenie: zaburzyli działanie genu, który sprawia, że Mycoplasma genitalium jest niebezpieczny dla ssaków.
Syntetyczny materiał genetyczny należy teraz wszczepić komórce nowego gospodarza. „Biorca” chromosomu będzie pozbawiony własnego genomu i przyjmie Mycoplazmę JCVI-1.0 jako swój własny chromosom. Powstanie nowego życia będzie zależało od tego, czy komórka da radę powielać DNA. – To jakby instalowanie oprogramowania: trzeba je załadować i sprawić, żeby zadziałało – tłumaczy dr Smith. – Po prostu piszemy na nowo „oprogramowanie” dla komórek.
Wprowadzenie genomu do komórki może nie okazać się proste. Nawet jeśli w laboratorium udało się stworzyć długą nić DNA, istnieje prawdopodobieństwo, że ulegnie ona zniszczeniu po wprowadzeniu jej do komórki.
Nieistniejąca bakteria
Maleńki genom M. genitalium czyni ją kandydatem do stworzenia podstawy "minimalnego organizmu", czyli takiego który zawiera minimalną ilość genów koniecznych dla funkcjonowania komórki. To kolejny plan zespołu Ventera. Badacze z Venter Institute uważają, że około 100 z genów mykoplazmy nie jest bezwzględnie potrzebnych do jej funkcjonowania komórki, ale ciągle nie wiadomo która to setka. Gdyby udało się ją odnaleźć i „wyrzucić”, minimalny organizm mógłby pomóc w zbadaniu do jakich konkretnie „dodatkowych” funkcji służą te geny.
„Minimalny organizm” to, rzecz jasna, tylko kolejny krok do stworzenia zupełnie sztucznej bakterii. Bo właśnie stworzenie nieistniejących form życia jest ostatecznym celem Ventera. Kiedy dowiemy się, do czego służą poszczególne geny, prawdopodobnie będziemy zdolni do konstruowania nowych organizmów o bardzo specyficznych funkcjach. Już teraz spekuluje się, że można byłoby zsyntetyzować genomy dla bakterii, które posłużyłyby w tworzeniu biopaliw czy usuwaniu z atmosfery dwutlenku węgla. Na swoje mikroby czeka przemysł farmaceutyczny. – Czas przejść od czytania kodu genetycznego do jego pisania – mówił Venter już w październiku dla czasopisma The Guardian. – To wielkie idee. Musimy stworzyć nowy system wartości, jeśli chodzi o życie.
Darth Venter: wizjoner czy szaleniec?
I właśnie między innymi systemu wartości dotyczą kontrowersje, jakie od lat otaczają nazwisko Ventera. Obdarzony przez naturę IQ 142 od dawna wzbudza skrajne emocje w naukowym świecie. Właśnie dlatego bywa nazywany Darthem Venterem.
Craig Venter to z pewnością najsłynniejszy obecnie genetyk na świecie. Urodził się w 1946 roku na przedmieściach San Francisco, wyleciał ze szkoły, służył w Wietnamie. Wreszcie jego kariera naukowa ruszyła z kopyta: zrobił podwójny doktorat z fizjologii i farmakologii, pracował na Uniwersytecie Nowojorskim, a w końcu trafił do Amerykańskiego Instytutu Zdrowia, gdzie grupa badaczy pod kierunkiem legendy światowej genetyki, Jamesa Watsona, pracowała nad zsekwencjonowaniem ludzkiego DNA. Najpierw przyłączył się do prac z zapałem, wkrótce jednak rozczarowało go tempo badań. Opracował własną, prostszą i szybszą metodę sekwencjonowania, w 1991 roku opublikował ją na łamach Science, powodując wrzenie w świecie genetyków, odszedł z Instytutu i postarał się o sponsorów. Wkrótce potem założył z kolegami pierwszą z instytucji, którym miał patronować: Institute for Genomic Research. Instytucja miała na niego zarabiać – po raz pierwszy Center zbliżył się zatem do pilnie strzeżonej dotąd granicy, jaka dzieli naukę od komercji.
Sukcesy posypały się szybko: w 1995 roku po raz pierwszy odczytał w całości genom żywego organizmu (bakterii Haemophilus influenze). Potem zajął się pracami nad „organizmem minimalnym”, które przerwał, by wziąć udział w wyścigu nad rozszyfrowaniem ludzkiego genomu. Wyścigu nie wygrał, ponieważ i jego zespół i dawni koledzy z Narodowego Instytutu Zdrowia ogłosili wyniki w tym samym czasie.
Jest jednym ze współzałożycieli firmy Synthetic Genomics oraz The Center for the Advancement of Genomics, wreszcie założycielem i szefem J.Craig Venter Institute (JCVI), powstałego z połączenia powyższych. Ta ostatnia instytucja pozwoliła mu powrócić do badań nad „organizmem minimalnym” i tworzeniem sztucznego życia, ale to bynajmniej nie jedyne pole jej badań. Naukowcy pracują tam m.in. nad genetycznymi przyczynami chorób krążenia i układu oddechowego oraz zaburzeń snu czy sposobem na wyprodukowanie ekologicznego paliwa z genetycznie zmodyfikowanych bakterii. W marcu 2004 roku naukowcy z JCVI ogłosili odkrycie ponad 1,8 tys. nowych organizmów w wodach Morza Sargassowego, udało im się także odkryć i opisać ok. 6 mln nieznanych dotąd genów i białek, budujących organizmy podmorskiego świata. Szkopuł w tym, że Center chce swoje wynalazki patentować i czerpać z nich zyski. Za wielkimi sukcesami stoją zaś, oczywiście, wielkie pieniądze. Nikt nie wie na pewno, co tak naprawdę kieruje Venterem: wielka pasja poznawcza czy może chęć pomnażania bogactw? A może obydwa powody na raz?
Naukowa hochsztaplerka?
Niektórzy martwią się o etyczne konsekwencje prac nad tworzeniem syntetycznego życia i od lat apelują o publiczna debatę na temat zagrożeń, jakie mogąe spowodować. Kiedy powstanie nowy organizm, nie wiemy, jak będzie działał i jak wpłynie na środowisko i inne organizmy, z którymi wejdzie w kontakt. Nieograniczone będą również możliwości zastosowania nowych organizmów – można je wykorzystać nie tylko w przemyśle farmaceutycznym czy działaniach ekologicznych, ale np. do stworzenia broni biologicznej. Inni krytycy działań Ventera mówią, że do zrealizowania snu o pracujących dla nas bakteriach nie trzeba tworzyć tych organizmów od zera, ale skorzystać z naturalnych, co jest prostsze i tańsze. Inżynieria genetyczna pozwala już dzisiaj na dodawania nowych genów lub wyciszanie istniejących. Jednak takie zmanipulowane organizmy nie działają optymalnie; nowe geny „kłócą się” ze starymi, a duża część energii, zamiast na działania „pożyteczne”, wydatkowana jest na poboczne, nieistotne procesy. A zatem – co dalej?
- Zrozumienie tego, jak sztucznie stworzyć organizm, jest bardzo ważne. Ale naukowcy muszą jeszcze zbadać, jak manipulowanie DNA wpływa na zachowanie się organizmu – mówi dr Jason Chin, specjalista w dziedzinie biologii syntetycznej. Wprowadzenie do środowiska nowego organizmu może mieć zaś naprawdę poważne konsekwencje. – Problem polega na tym, że dysponujemy zbyt małą wiedzą, aby w ogóle mówić, czy tworzenie takich organizmów jest bezpieczne – tłumaczy dr Paweł Łuków, etyk z Uniwersytetu Warszawskiego. – Na pewno trzeba być ostrożnym, bo jeśli w jakiejś kwestii nie dysponujemy prawie żadną wiedzą, a ograniczona jest znajomość nawet tych organizmów, które wyewoluowały naturalnie, to przewidywanie ewentualnych zachowań takich organizmów jest niezwykle trudne.
- Nie uważam, żeby dokonanie zespołu Ventera było wielkim dokonaniem naukowym. To po prostu sukces techniczny – podsumowuje prof. Piotr Węgleński z Instytutu Genetyki i Biotechnologii UW. – Po raz pierwszy udało się zsyntetyzować chemicznie bardzo długi łańcuch DNA. Syntetyzujemy DNA na co dzień: fragmenty genów lub całe geny. Wyczyn Ventera trafił na łamy gazet głównie za sprawą dziennikarzy i z tego powodu, że zsyntetyzowano komplet genów danego organizmu, ale nie cały organizm. Teraz trzeba wsadzić DNA do już istniejącej komórki. Wydaje mi się, że technicznemu wyczynowi nadano zbyt duży rozgłos.
Rozgłos jest jednak napędem biznesu. Wciąż zatem pozostaje pytanie, kto skorzysta najbardziej na przedsięwzięciach Ventera: ludzkość czy sam Venter?
Filip Wyrozumski
POSŁUCHAJ AUDYCJI - mp3 (13,18 MB)