Praėjusią savaitę Harvarde susitiko 150 pakviestų ekspertų grupė. Už uždarų durų jie aptarė viso žmogaus genomo sukūrimo ir sukūrimo perspektyvas nuo nulio, naudojant tik kompiuterį, DNR sintezatorių ir žaliavas. Tada į gyvą žmogaus ląstelę bus įvestas dirbtinis genomas, pakeisiantis jo natūralią DNR. Tikimasi, kad ląstelė „perkraus“, pakeis savo biologinius procesus į veikimą, remdamasi dirbtinės DNR pateiktomis instrukcijomis.
Kitaip tariant, netrukus galime pamatyti pirmąją „dirbtinę žmogaus ląstelę“.
Tačiau tikslas nėra tiesiog sukurti „Human 2.0“. Vykdydami šį projektą „HGP-Write: Testing Large Synthetic Genomes in Cells“mokslininkai tikisi sukurti novatoriškas ir galingas priemones, kurios skatins sintetinę biologiją siekti eksponentinio augimo pramoniniu mastu. Jei pasiseks, įgysime ne tik biologines priemones, kad suprastume žmogų kaip rūšį: galėsime perdaryti gyvąjį pasaulį.
Gyvenimo kūrimas
Sintetinė biologija iš esmės yra santuoka tarp inžinerijos ir biotechnologijų principų. Nors DNR sekos yra susijusios su DNR skaitymu, genų inžinerija yra DNR redagavimas, o sintetinė biologija yra naujos DNR programavimas, neatsižvelgiant į jos pirminį šaltinį, siekiant sukurti naujas gyvybės formas.
Sintetiniai biologai mato DNR ir genus kaip standartinius biologinius statybinius elementus, kurie gali būti naudojami, norint sukurti ir modifikuoti gyvas ląsteles.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Šioje srityje yra dizainerio samprata, sako dr. Jay Keeslingas, sintetinės inžinerijos pradininkas iš Kalifornijos universiteto Berkeley. „Kai jūsų standusis diskas užges, galite nueiti į artimiausią kompiuterių parduotuvę, nusipirkti naują, pakeisti seną“, - sako jis. "Kodėl mes nenaudojame biologinių dalių tokiu pačiu būdu?"
Norėdami paspartinti pažangą šioje srityje, Kislingas ir jo kolegos sudaro standartizuotų DNR gabalų duomenų bazę, vadinamą „BioBricks“. Jis gali būti naudojamas kaip galvosūkių gabalai, kad būtų galima surinkti gamtoje dar nematytą genetinę medžiagą.
Kislingui ir kitiems šioje srityje sintetinė biologija yra tarsi naujos programavimo kalbos kūrimas. Ląstelės yra aparatinė, aparatinė, o DNR yra programinė įranga, kuri priverčia jas veikti. Turėdami pakankamai žinių apie genų veikimą, sintetiniai biologai tikisi, kad jie gali rašyti genetines programas nuo nulio, sukurti naujus organizmus, pakeisti gamtą ir netgi nukreipti žmogaus evoliuciją nauja linkme.
Panašiai kaip genų inžinerijoje, sintetinė biologija suteikia mokslininkams galimybę eksperimentuoti su natūralia DNR. Skalės skirtumas: genų redagavimas yra iškarpymo / įklijavimo procesas, pridedantis naujų genų arba pakeičiantis esamų genų raides. Kartais nedaug kas keičiama.
Kita vertus, sintetinė biologija sukuria genus nuo nulio. Tai suteikia mokslininkams daugiau lankstumo modifikuoti žinomus genus ar net sukurti savo. Galimybių beveik nėra.
Biomedicinos, biokuras, biokuras
Sintetinės biologijos sprogimas per pastaruosius dešimt metų jau davė rezultatų, kurie sužavėjo ir mokslininkus, ir korporacijas. Dar 2003 m. Keeslingas paskelbė vieną iš pirmųjų tyrimų, įrodančių ir pademonstravęs šio požiūrio galią. Jame daugiausia dėmesio buvo skiriama cheminei medžiagai, vadinamai artemisininu, galingu vaistu nuo maliarijos, išgaunamu iš saldžiųjų pelynų (pelynų).
Nepaisant daugybės bandymų auginti šį augalą, jo derlius išlieka itin mažas.
Kislingas suprato, kad sintetinė biologija siūlo būdą apskritai apeiti derliaus nuėmimo procesą. Įtraukdamas į bakterijų ląsteles būtinus genus, teigė jis, kad šias ląsteles galite paversti artemizinino gamybos mašinomis ir jų sąskaita pateikti naują gausų vaisto šaltinį.
Tai buvo labai sunku padaryti. Mokslininkams reikėjo ląstelėje sukurti visiškai naują medžiagų apykaitos kelią, leidžiantį apdoroti chemines medžiagas, kurių dar nežinojo. Per bandymus ir klaidas mokslininkai į vieną DNR paketą sulipdė dešimtis genų iš kelių organizmų. Įdėję šį maišą į E. coli - bakterija E. coli dažniausiai naudojama laboratorijoje chemikalams gaminti, jie sukūrė naują bakterijos kelią, leidžiantį jam išskirti artemisininą.
Dar šiek tiek priverždami reikalingus veržles, Kislingui ir jo komandai pavyko milijoną kartų padidinti gamybą ir dešimt kartų sumažinti vaisto kainą.
Artemisininas buvo tik pirmas žingsnis didžiulėje programoje. Šis vaistas yra angliavandenilis, priklausantis molekulių, paprastai naudojamų biokurui gaminti, šeimai. Kodėl to paties proceso netaikant biokuro gamybai? Genai, kuriuos bakterijos naudojo artemisininui gaminti, pakeitė biokuro angliavandenilių gamybos genais, mokslininkai jau sukūrė daug mikrobų, kurie cukrų paverčia kuru.
Žemės ūkio pramonė yra dar viena pramonė, kuriai gali būti naudinga sintetinė biologija. Teoriškai galėtume paimti genus, atsakingus už azoto fiksavimą bakterijose, įdėti juos į mūsų kultūros ląsteles ir visiškai pakeisti jų natūralų augimo procesą. Tinkamai derindami genus, mes galėtume auginti pasėlį su visu maistinių medžiagų spektru, kuriam reikia mažiau vandens, žemės, energijos ir trąšų.
Sintetinė biologija galėtų būti taikoma gaminant visiškai naujus maisto produktus, tokius kaip kvapiosios medžiagos fermentuojant modifikuotas mieles ar veganiškus sūrius ir kitus pieno produktus, sukurtus be gyvūnų pagalbos.
"Turime sumažinti anglies ir teršalų išmetimą, sunaudoti mažiau žemės ir vandens, kontroliuoti kenkėjus ir pagerinti dirvožemio derlingumą", - sakė dr. Pamela Ronald, Kalifornijos universiteto (Davisas) profesorė. Sintetinė biologija gali suteikti mums reikalingų priemonių.
Atkuriantis gyvenimą
Praktika nuošalyje! Vienas iš svarbiausių sintetinės biologijos tikslų yra sukurti sintetinį organizmą, pagamintą tik iš specialiai sukurtos DNR.
Pagrindinė kliūtis dabar yra technologijos. Šiuo metu DNR sintezė yra labai brangi, lėta ir linkusi į klaidas. Dauguma esamų metodų leidžia pagaminti 200 raidžių ilgio DNR grandinę; normalūs genai yra dešimt kartų ilgesni. Žmogaus genome yra apie 20 000 genų, kurie gamina baltymus. Tačiau per pastarąjį dešimtmetį DNR sintezės kaina sparčiai mažėjo.
Pasak Stanfordo universiteto genetiko dr. Drew Andy, vieno laiško sekos kaina sumažėjo nuo 4 USD 2003 m. Iki 3 centų šiandien. Numatomos visų 3 milijardų žmogaus genomo raidžių spausdinimo išlaidos yra 90 milijonų JAV dolerių, tačiau tikimasi, kad per 20 metų ji sumažės iki 100 000 JAV dolerių, jei tendencija išliks ta pati.
90-aisiais Craigas Venteris, žinomas dėl savo pagrindinio vaidmens sekos žmogaus genome sekos nustatyme, pradėjo ieškoti minimalių genų rinkinių, reikalingų gyvybei sukurti. Kartu su kolegomis Genomikos tyrimų institute Venteris pašalino Mycoplasma genitalium bakterijos genus, kad nustatytų gyvybei svarbius asmenis.
2008 m. Venteris sujungė šiuos „kritinius genus“ir surinko naują „minimalų“genomą iš cheminių medžiagų sultinio, naudodamas DNR sintezę.
Po kelerių metų Venteris persodino dirbtinį genomą į antrą bakteriją. Genai įsišaknijo ir „paleido“ląstelę, leisdami jai augti ir daugintis - tai buvo pirmasis organizmas, turintis visiškai dirbtinį genomą.
Nuo bakterijų iki žmonių
Jei nauja įmonė gaus finansavimą, ji pakartos Venterio eksperimentus naudodama mūsų pačių genomą. Atsižvelgiant į tai, kad žmogaus genomas yra maždaug 5000 kartų didesnis nei Venterio bakterijos, sunku pasakyti, kiek ši sintezė gali būti sunkesnė.
Net jei visa kita nepavyks, pramonė įgis vertingos patirties. Pasak Harvardo medicinos mokyklos pagrindinio genetiko dr. George'o Churcho, šis projektas gali atverti technologinę pažangą, kuri pagerins mūsų pačių gebėjimą sintetinti ilgas DNR grandines. Bažnyčia netgi pabrėžia, kad pagrindinis projekto tikslas yra technologijų plėtra.
Tačiau mokslininkų susitikimas sukėlė daug skepticizmo. Kad ir kaip būtų, šis projektas vieną dieną galėtų paskatinti kurti „dizainerių kūdikius“ar net žmones. Tokių žmonių tėvai gali būti kompiuteriai. Tokią ateitį lengva įsivaizduoti, bet baisu: ar saugu tiesiogiai manipuliuoti ar kurti gyvenimą? Kam priklausys ši technologija? Ką daryti su gyvenimu, kuris pasirodė nesėkmingas? Ar visa tai nesukels diskriminacijos ir nelygybės?
ILYA KHEL