Tutkijat ovat jo kauan miettineet: voivatko he luoda täysimittaisen synteettisen elämän muodon? Biologi Anthony José esitteli solukoodin käsitteen, jonka tuntemus on välttämätöntä keinotekoisen organismin saamiseksi.
Tällä hetkellä tutkijat ovat vasta alkaneet tuottaa keinotekoisia elämänmuotoja kokoamalla yksisoluisten mikro-organismien genomit uudelleen. Erityisesti viime vuoden maaliskuussa eräässä erikoisjulkaisuissa ilmestyi artikkeli, jossa tutkijat kuvasivat mykoplasmabakteerin luomisprosessia mahdollisimman pienellä määrällä geenejä. Halutun tuloksen saamiseksi tutkijat lisäsivät vuorotellen fragmentteja muutetusta genomista, joka oli melkein puolet alkuperäisestä, vastaanottajasoluun tuhotun DNA: n kanssa.
Tänä vuonna Johns Hopkinsin yliopiston amerikkalaiset tutkijat onnistuivat hankkimaan hiivan keinotekoisilla kromosomeilla, josta hyödyttömiä ja viallisia geenejä poistettiin. Lisäksi tutkijat onnistuivat rikkomaan geneettisen koodin vaihtamalla TAG-proteiinien tripletit TAA: ksi. Tämän vuoksi organismit pääsivät eroon ylimääräisestä fragmentista, joka palveli TAG-kodoneja.
Jotkut tutkijat yrittävät luoda yksisoluisia organismeja, joissa ei ole geneettisiä roskia, samalla kun muut tutkijat yrittävät muuttaa tapaa, jolla DNA-sekvenssi koodaa proteiineja. Tällä hetkellä edistyminen tähän suuntaan on enemmän kuin vaatimaton. Pieni, mitä on tehty, on monipuolistaa DNA-aakkosia. Neljä jo olemassa olevaa nukleotidikirjainta lisättiin useita kirjaimia. Eräässä tieteellisessä artikkelissa puhutaan siitä, kuinka kansainvälinen tutkijaryhmä onnistui lisäämään keinotekoiset nukleotidit Y, X E. colin genomiin. Huolimatta siitä, että jotain vastaavaa tehtiin aiemmin, tutkijat onnistuivat varmistamaan, että bakteerit säilyttivät synteettisen osan DNA: ssaan, mutta samalla onnistuneesti kehittyä.
Tämä on kuitenkin vain ensimmäinen askel kohti täysimittaista keinotekoista organismia. Seuraavassa vaiheessa tutkijat aikovat saada keinotekoiset nukleotidit koodaamaan aminohappoja. E. colissa synteettiset proteiinit Y, X sijoitettiin genomin turvalliseen osaan geenien koodaavien sekvenssien ulkopuolelle. Muuten uudet peptidit yksinkertaisesti häiritsevät proteiinisynteesin prosessia. Solu ei yksinkertaisesti tiedä, mistä aminohaposta tämä tai tuo kodoni (YGC tai ATX) oli vastuussa. Biologien ei ole vielä luotu uutta kuljetus-RNA: ta, joka kykenisi tunnistamaan tällaiset tripletit ja lisäämään tietyn aminohapon kasvavaan peptidisekvenssiin.
Mutta sellaisissa olosuhteissa tällaista organismia tuskin voidaan kutsua keinotekoiseksi. Samalla tutkijat ymmärtävät, mitä heidän seuraavat toimintansa ovat. Synteettinen organismi saa paitsi uusia nukleotideja myös uusia aminohappoja, joita joko ei esiinny lainkaan tai jotka ovat erittäin harvinaisia solun sisällä. Tutkijat ovat hyvin tietoisia siitä, että kaikkia nukleotiditriplettejä koodaa vain kaksikymmentä tavanomaista aminohappoa. Joitakin muita aminohappoja, mukaan lukien selenokysteiini, voidaan sisällyttää proteiiniin tietyissä olosuhteissa. Geneettisen koodin lisäkirjainten ansiosta on mahdollista rikastaa proteiini ja muodostaa uusia aminohappoja vastaavat kodonit.
Huolimatta siitä, että synteettinen biologia on edistynyt jonkin verran, tutkijat eivät edelleenkään tiedä tarkalleen, mitkä tiedot ovat tärkeitä organismin saamiseksi tietyillä ominaisuuksilla. DNA-sekvenssi on vain lähtökohta. Kaikissa kasvin tai eläimen soluissa on sama genomi, mutta organismien kehityksen aikana solut on rajattu, toisin sanoen ne suorittavat erilaisia toimintoja. Tässä prosessissa toissijaisella (ns. Epigeneettisellä) säätelyllä on tärkeä rooli, jonka aikana tietyt geenit kytketään pois päältä tai aktivoidaan yhdisteillä. Viime kädessä yksi solu voi muuttua fibroblastiksi ja toinen neuroniksi.
Marylandin yliopiston biologi Anthony José tutkii, miten nongeneettinen tieto määrittelee organismin. Tutkija ehdotti solukoodin käsitettä, joka on suljettu biologisiin molekyyleihin, jotka sijaitsevat kolmiulotteisessa tilassa. Näitä molekyylejä tarvitaan muun organismin luomiseen uudelleen. Tämän tiedon tallentamiseksi monimutkaisen organismin kaikkia soluja ei tarvita; useita tai jopa yksi solu riittää. Seksuaalisesti lisääntyville organismeille tällainen arkisto on sygootti (tämä on solu, joka muodostuu naispuolisen sukusolun hedelmöittämisen jälkeen siittiöllä).
Mainosvideo:
Tutkijan mukaan solukoodin tulkitsemiseksi on tutkittava koko organismin rekonstruktiosykli. Toisin sanoen on välttämätöntä pitää elävän organismin kehittymistä ja sen lisääntymistä yhtenä prosessina. DNA: n tulkitseminen ei riitä ymmärtämään täysin, miten tämä toimii.
Sygootin muodostumisen aikana uuden organismin muodostumiseen vaikuttaa paitsi munasolusta ja siittiöstä saatu DNA, myös sukusolun sytoplasma. Sukusolun kypsymisen aikana kertyvät aineet (mRNA, proteiinit, transkriptiotekijät) voivat aiheuttaa äidin vaikutuksen. Ne ovat alkion alkuvaiheessa ja kykenevät jopa tappamaan sen (tämä on tyypillistä toukokuun kovakuoriaisille). Näiden aineiden avaruusrakenteella on myös tietty rooli. Erityisesti ne muodostavat hyönteisten ruumiinakselit ja määrittelevät simpukoiden kuoren käpristyksen.
Tutkija ehdottaa seuraavaa kaavaa: solu, jolla on biologisia makromolekyylejä ja muita yhdisteitä, vuorovaikutuksessa ravinteiden, signaalimolekyylien ja lämpötilan (toisin sanoen ulkoisten tekijöiden) kanssa, siirtyy toiseen tilaan, joka puolestaan vaikuttaa ympäristöön. Samalla tavalla koko järjestelmä käy läpi tietyn määrän syklejä kerätessään uusia aineita. Uusi vaihe riippuu edellisestä, joten se voidaan ennustaa.
Jose on huolissaan siitä, että biologit eivät vieläkään tiedä yksinkertaisimman organismin koko solukoodia, mutta he ovat DNA: n kanssa työskennellessään kuitenkin alkaneet luoda puoliksi keinotekoisen elämänmuodon. Tutkijan mukaan tällaiset manipulaatiot geneettisellä materiaalilla muistuttavat osien vaihtamista jossakin mekanismissa, joten ne voivat olla eettisesti erittäin riskialttiita.
Solukoodin tulkitsemiseksi biologi ehdottaa verrataan sygoottien sisäisiä ominaisuuksia yksinkertaisimpien mikro-organismien, esimerkiksi yksisoluisten levien, sukupolvessa. Näihin tarkoituksiin sopivat myös puoliksi keinotekoiset bakteerit, joilla on vähän genomia. Tutkimalla isän tai äidin vaikutusta on mahdollista määrittää merkittävät ulkoiset tekijät. Ja tutkimus tärkeiden molekyylien alueellisesta järjestelystä voidaan suorittaa käyttämällä systemaattista biokemiallista ja molekyylianalyysiä käyttäen fluoresoivia molekyylejä.