Na Harvardu se je prejšnji teden sestala skupina 150 povabljenih strokovnjakov. Za zaprtimi vrati so razpravljali o možnostih načrtovanja in gradnje celotnega človeškega genoma iz nič, z uporabo samo računalnika, sintetizatorja DNA in surovin. Nato bo v živo človeško celico vnesen umetni genom, ki bo nadomestil njeno naravno DNK. Upamo, da se bo celica "znova zagnala" in svoje biološke procese spremenila v delovanje na podlagi navodil umetne DNK.
Z drugimi besedami, kmalu bomo morda videli prvo "umetno človeško celico".
Toda cilj ni preprosto ustvariti Human 2.0. S tem projektom, HGP-Write: Testiranje velikih sintetičnih genov v celicah, znanstveniki upajo, da bodo razvili vrhunska in močna orodja, ki bodo sintetično biologijo spodbudila k eksponentni industrijski rasti. Če bomo uspešni, ne bomo le nabavili bioloških orodij za oblikovanje človeka kot vrste: lahko bomo predelali živi svet.
Ustvarjanje življenja
Sintetična biologija je v bistvu poroka med principi inženirstva in biotehnologije. Medtem ko je zaporedje DNA namenjeno branju DNK, je genski inženiring urejanje DNK, sintetična biologija pa programiranje nove DNK, ne glede na njen izvorni vir, da bi ustvarili nove življenjske oblike.
Sintetični biologi vidijo DNK in gene kot običajne biološke gradnike, ki jih lahko poljubno uporabljajo za ustvarjanje in spreminjanje živih celic.
Promocijski video:
Na tem področju obstaja koncept oblikovalca, pravi dr. Jay Keesling, pionir sintetičnega inženirstva na kalifornijski univerzi v Berkeleyju. "Ko vaš trdi disk umre, lahko greste v najbližjo trgovino z računalniki, kupite novega in zamenjate starega," pravi. "Zakaj ne uporabljamo bioloških delov na enak način?"
Da bi pospešili napredek na tem področju, Kisling in njegovi sodelavci sestavljajo bazo podatkov o standardiziranih koščkih DNK - BioBricks. Lahko se uporablja kot koščki sestavljanke za zbiranje genskega materiala, ki še ni bil viden v naravi.
Za Kislinga in druge s tega področja je sintetična biologija kot razvoj novega programskega jezika. Celice so strojna oprema, strojna oprema, DNK pa programska oprema, zaradi katere delujejo. Z dovolj znanja o delovanju genov sintetični biologi upajo, da bodo lahko pisali genetske programe iz nič, ustvarjali nove organizme, spreminjali naravo in celo usmerjali človekov razvoj v novo smer.
Podobno kot genski inženiring tudi sintetična biologija omogoča znanstvenikom možnost eksperimentiranja z naravno DNK. Razlika v merilu: Urejanje genov je postopek rezanja / lepljenja, ki doda nove gene ali spremeni črke v obstoječih genih. Včasih se to ne spremeni veliko.
Sintetična biologija pa gene ustvarja iz nič. To daje znanstvenikom večjo prilagodljivost za spreminjanje znanih genov ali celo ustvarjanje lastnih genov. Možnosti je skoraj neskončno.
Biomedicina, biogoriva, biogoriva
Eksplozija sintetične biologije v zadnjih desetih letih je že prinesla rezultate, ki so navdušili znanstvenike in korporacije. Leta 2003 je Keesling objavil eno prvih študij, ki je dokazala in pokazala moč tega pristopa. Osredotočil se je na kemikalijo, imenovano artemisinin, močno zdravilo proti malariji, pridobljeno iz sladkega pelina (pelin).
Kljub številnim poskusom gojenja te rastline je njen pridelek še vedno izredno nizek.
Kisling je spoznal, da sintetična biologija ponuja način, kako v celoti obiti postopek obiranja. Z uvedbo potrebnih genov v bakterijske celice bi lahko te celice pretvoril v stroje za proizvodnjo artemisinina in na njihov račun zagotovil nov bogat vir zdravila.
To je bilo zelo težko storiti. Znanstveniki so morali v celici zgraditi popolnoma novo presnovno pot, ki ji omogoča predelavo kemikalij, ki jih prej ni poznala. S poskusi in napakami so znanstveniki v en paket DNK zlepili več deset genov iz več organizmov. Z vstavitvijo te vrečke v E. coli - bakterijo E. coli v laboratoriju pogosto uporabljajo za proizvodnjo kemikalij - so ustvarili novo pot, da bakterije izločajo artemisinin.
S tem, ko so še nekoliko zategnili potrebne matice, je Kislingu in njegovi ekipi uspelo milijonkrat povečati proizvodnjo in desetkrat znižati ceno zdravila.
Artemisinin je bil le prvi korak v velikem programu. To zdravilo je ogljikovodik, ki spada v družino molekul, ki se pogosto uporabljajo za proizvodnjo biogoriv. Zakaj ne bi uporabili istega postopka za proizvodnjo biogoriv? Z zamenjavo genov, ki so jih bakterije uporabljale za izdelavo artemisinina, z geni za proizvodnjo ogljikovodikov na biogoriva, so znanstveniki že naredili številne mikrobe, ki sladkor pretvarjajo v gorivo.
Kmetijstvo je še ena panoga, ki ima lahko ogromno koristi od sintetične biologije. Teoretično bi lahko vzeli gene, odgovorne za fiksacijo dušika v bakterijah, jih dali v celice naših kultur in popolnoma obrnili njihov naravni proces rasti. S pravilno kombinacijo genov bi lahko pridelali pridelek s celotnim spektrom hranilnih snovi, ki zahtevajo manj vode, zemlje, energije in gnojil.
Sintetično biologijo bi lahko uporabili za proizvodnjo popolnoma novih živil, kot so dišave s fermentacijo modificiranega kvasa ali veganskih sirov in drugih mlečnih izdelkov, ustvarjenih brez pomoči živali.
"Zmanjšati moramo emisije ogljika in onesnaževal, uporabljati manj zemlje in vode, zatirati škodljivce in izboljšati rodovitnost tal," je dejala dr. Pamela Ronald, profesorica na kalifornijski univerzi v Davisu. Sintetična biologija nam lahko zagotovi potrebna orodja.
Ponovno življenje
Vadite na stran! Eden od končnih ciljev sintetične biologije je ustvariti sintetični organizem, narejen izključno iz posebej zasnovane DNA.
Glavna ovira je zdaj tehnologija. Sinteza DNA je trenutno zelo draga, počasna in nagnjena k napakam. Večina obstoječih metod omogoča izdelavo verige DNA, dolge 200 črk; normalni geni so desetkrat daljši. Človeški genom vsebuje približno 20.000 genov, ki proizvajajo beljakovine. Toda stroški sinteze DNA v zadnjem desetletju hitro padajo.
Po besedah dr. Drewa Andyja, genetika na univerzi Stanford, so se stroški zaporedja posameznih črk s 4 ameriških dolarjev leta 2003 znižali na 3 cente danes. Ocenjeni stroški tiskanja vseh 3 milijard črk človeškega genoma danes znašajo 90 milijonov dolarjev, vendar naj bi v 20 letih padli na 100.000 dolarjev, če bo trend ostal enak.
V 90. letih je Craig Venter, znan po svoji vodilni vlogi pri zaporedju človeškega genoma, začel iskati minimalni nabor genov, potrebnih za ustvarjanje življenja. Venter je skupaj s sodelavci na Inštitutu za genomske raziskave odstranil gene iz bakterije Mycoplasma genitalium, da bi ugotovil tiste, ki so kritični za življenje.
Leta 2008 je Venter sestavil te "kritične gene" in z uporabo sinteze DNA zgradil nov "minimalni" genom iz juhe kemikalij.
Nekaj let kasneje je Venter presadil umetni genom v drugo bakterijo. Geni so se ukoreninili in celico "znova zagnali", kar ji je omogočilo, da se je sama razmnoževala in razmnoževala - bil je prvi organizem s popolnoma umetnim genomom.
Od bakterij do ljudi
Če bo novo podjetje dobilo sredstva, bo posnemalo Venterjeve poskuse z lastnim genomom. Glede na to, da je človeški genom približno 5000-krat večji od Venterjevih bakterij, je težko reči, kako težja bi lahko bila ta sinteza.
Tudi če vse drugo ne uspe, bo industrija pridobila dragocene izkušnje. Po besedah dr. Georgea Churcha, vodilnega genetika na Harvardski medicinski fakulteti, se lahko s tem projektom odpre tehnološki napredek, ki bo izboljšal lastno sposobnost sintetiziranja dolgih verig DNA. Church celo poudarja, da je glavni cilj projekta razvoj tehnologije.
Vendar je srečanje znanstvenikov povzročilo veliko dvoma. Vendar lahko ta projekt nekoč pripelje do ustvarjanja "oblikovalskih dojenčkov" ali celo ljudi. Starši takšnih ljudi so lahko računalniki. Takšno prihodnost si lahko predstavljamo, vendar je zastrašujoče: kako varno je neposredno manipulirati ali ustvarjati življenje? Kdo bo lastnik te tehnologije? Kaj storiti z življenjem, ki se je izkazalo za neuspešno? Ali vse to ne bi povzročilo diskriminacije in neenakosti?
ILYA KHEL