Viime viikolla 150 kutsutun asiantuntijan ryhmä kokoontui Harvardiin. Suljettujen ovien takana he keskustelivat mahdollisuudesta suunnitella ja rakentaa koko ihmisen genomi tyhjästä käyttämällä vain tietokonetta, DNA-syntetisaattoria ja raaka-aineita. Keinotekoinen genomi viedään sitten elävään ihmissoluun korvaamaan sen luonnollinen DNA. Toivo on, että solu "käynnistyy uudelleen", muuttaa biologiset prosessinsa toimimaan keinotekoisen DNA: n antamien ohjeiden perusteella.
Toisin sanoen voimme pian nähdä ensimmäisen "keinotekoisen ihmissolun".
Mutta tavoitteena ei ole yksinkertaisesti luoda Human 2.0. Tämän projektin, HGP-Write: Testing Large Synthetic Genomes in Cell, tutkijat toivovat voivansa kehittää innovatiivisia ja tehokkaita työkaluja, jotka edistävät synteettistä biologiaa kohti eksponentiaalista kasvua teollisessa mittakaavassa. Menestymisen lisäksi emme vain hanki biologisia työkaluja ihmisten muotoilemiseksi lajeiksi: pystymme uusimaan elävän maailman.
Elämän luominen
Synteettinen biologia on lähinnä avioliitto tekniikan ja biotekniikan periaatteiden välillä. DNA-sekvensoinnissa on kyse DNA: n lukemisesta, geenitekniikassa on kyse DNA: n muokkaamisesta ja synteettisessä biologiassa uuden DNA: n ohjelmoinnista alkuperäisestä lähteestä riippumatta uusien elämänmuotojen luomiseksi.
Synteettiset biologit näkevät DNA: n ja geenit tavanomaisina biologisina rakennuspalikoina, joita voidaan käyttää haluamallaan tavalla elävien solujen luomiseen ja muokkaamiseen.
Mainosvideo:
Tällä alueella on suunnittelijan käsite, kertoo tri Jay Keesling, synteettisen tekniikan edelläkävijä Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä. "Kun kiintolevy lakkaa, voit mennä lähimpään tietokoneliikkeeseen, ostaa uuden, korvata vanhan", hän sanoo. "Miksi emme käytä biologisia osia samalla tavalla?"
Kiihdyttääkseen edistystä tällä alueella Kisling ja hänen kollegansa kokoavat tietokannan standardoiduista DNA-kappaleista - nimeltään BioBricks. Sitä voidaan käyttää palapeleinä keräämään geneettistä materiaalia, jota ei ole koskaan ennen nähty luonnossa.
Kislingille ja muille alan ammattilaisille synteettinen biologia on kuin uuden ohjelmointikielen kehittäminen. Solut ovat laitteistoja, laitteistot, kun taas DNA on ohjelmisto, joka saa ne toimimaan. Riittävän tietämyksen geenien toiminnasta synteettiset biologit toivovat voivansa kirjoittaa geneettisiä ohjelmia tyhjästä, luoda uusia organismeja, muuttaa luonnetta ja jopa ohjata ihmisen evoluutiota uuteen suuntaan.
Geenitekniikan tavoin synteettinen biologia antaa tutkijoille mahdollisuuden kokeilla luonnollista DNA: ta. Mittakaavan ero: Geenimuokkaus on leikkaus- / liittämisprosessi, joka lisää uusia geenejä tai muuttaa kirjaimia olemassa oleviin geeneihin. Joskus paljon ei muuteta.
Synteettinen biologia puolestaan luo geenit tyhjästä. Tämä antaa tutkijoille enemmän tilaa muokata tunnettuja geenejä tai jopa luoda omia. Mahdollisuudet ovat melkein rajattomat.
Biolääkkeet, biopolttoaineet, biopolttoaineet
Synteettisen biologian räjähdysminen viimeisten kymmenen vuoden aikana on jo tuottanut tuloksia, jotka ovat kiehtoneet sekä tutkijoita että suuryrityksiä. Vuonna 2003 Kisling julkaisi yhden ensimmäisistä tutkimuksista, jotka osoittivat ja osoittivat tämän lähestymistavan voiman. Se keskittyi kemikaaliin, jota kutsutaan artemisiniiniksi, voimakkaaksi malaria-lääkkeeksi, joka uutetaan makeasta koiruohosta (koiruoho).
Huolimatta lukuisista yrityksistä kasvattaa tätä kasvia, sen sato on edelleen erittäin alhainen.
Kisling tajusi, että synteettinen biologia tarjosi keinon ohittaa korjuuprosessi kokonaan. Lisäämällä tarvittavat geenit bakteerisoluihin, hän perusteli, voit muuttaa nämä solut koneiksi artemisiniinin tuottamiseksi ja tarjota niiden kustannuksella uusi runsas lääkkeen lähde.
Tätä oli erittäin vaikea tehdä. Tutkijoiden oli rakennettava soluun täysin uusi metabolinen reitti, jonka avulla se pystyi käsittelemään kemikaaleja, joita se ei tiennyt aiemmin. Tutkimuksen ja erehdyksen avulla tutkijat liittivät yhteen kymmeniä geenejä useista organismeista yhteen DNA-pakettiin. Laittamalla tämän pussin E. coliin - bakteeria E. colia käytetään yleisesti laboratoriossa kemikaalien valmistamiseen -, ne loivat bakteereille uuden reitin erittää artemisiniinia.
Kiristämällä tarvittavia muttereita vielä vähän, Kisling ja hänen tiiminsä onnistuivat lisäämään tuotantoa miljoona kertaa ja alentamaan lääkkeen hintaa kymmenkertaisesti.
Artemisiniini oli vasta ensimmäinen askel valtavassa ohjelmassa. Tämä lääke on hiilivety, joka kuuluu molekyyliperheeseen, jota käytetään yleisesti biopolttoaineiden valmistamiseen. Miksei sovellettaisi samaa prosessia biopolttoaineiden tuotantoon? Korvaamalla geenit, joita bakteerit käyttivät artemisiniinin valmistamiseen, geeneillä biopolttoaineiden hiilivetyjen tuottamiseksi, tutkijat ovat jo valmistaneet monia mikrobeja, jotka muuttavat sokerin polttoaineeksi.
Maatalousteollisuus on toinen ala, joka voi hyötyä valtavasti synteettisestä biologiasta. Teoriassa voisimme ottaa geenit, jotka ovat vastuussa typen kiinnittymisestä bakteereihin, laittaa ne kulttuureidemme soluihin ja kääntää kokonaan niiden luonnollisen kasvuprosessin. Oikealla geenien yhdistelmällä voisimme kasvattaa sadon, jolla on täysi ravinteiden kirjo, joka vaatii vähemmän vettä, maata, energiaa ja lannoitteita.
Synteettistä biologiaa voitaisiin soveltaa täysin uusien elintarvikkeiden, kuten hajusteiden, modifioitujen hiivojen tai vegaanisten juustojen ja muiden maitotuotteiden, jotka on luotu ilman eläinten apua, fermentointiin.
"Meidän on vähennettävä hiili- ja epäpuhtauspäästöjä, käytettävä vähemmän maata ja vettä, torjuttava tuholaisia ja parannettava maaperän hedelmällisyyttä", sanoo tohtori Pamela Ronald, professori Kalifornian yliopistosta, Davis. Synteettinen biologia voi tarjota meille tarvitsemamme työkalut.
Elämän virkistäminen
Harjoittele sivuun! Yksi synteettisen biologian perimmäisistä tavoitteista on luoda synteettinen organismi, joka on valmistettu yksinomaan erityisesti suunnitellusta DNA: sta.
Suurin este on nyt tekniikka. DNA-synteesi on tällä hetkellä erittäin kallista, hidasta ja alttiita virheille. Suurin osa nykyisistä menetelmistä mahdollistaa DNA-juosteen valmistamisen 200 kirjainta; normaalit geenit ovat kymmenen kertaa pidempiä. Ihmisen genomi sisältää noin 20000 proteiinia tuottavaa geeniä. Mutta DNA-synteesin kustannukset ovat laskeneet nopeasti viimeisen vuosikymmenen aikana.
Stanfordin yliopiston genetiikan tohtori Drew Andyn mukaan yhden kirjaimen sekvensointikustannukset ovat pudonneet 4 dollarista vuonna 2003 3 senttiin tänään. Arvioidut kustannukset kaikkien 3 miljardin ihmisen genomin kirjainten tulostamisesta ovat nykyään 90 miljoonaa dollaria, mutta niiden odotetaan laskevan 100 000 dollariin 20 vuoden aikana, jos suuntaus pysyy samana.
90-luvulla Craig Venter, joka tunnetaan johtavasta roolistaan ihmisen genomin sekvensoinnissa, alkoi etsiä vähimmäisgeenejä, joita tarvitaan elämän luomiseen. Yhdessä kollegoiden kanssa Genomic Research Institute, Venter poisti geenit bakteerista Mycoplasma genitalium tunnistamaan elintärkeät.
Vuonna 2008 Venter koottiin yhteen nämä "kriittiset geenit" ja koottiin uusi "minimaalinen" genomi kemikaaliliemestä käyttäen DNA-synteesiä.
Muutama vuosi myöhemmin Venter siirsi keinotekoisen genomin toiseen bakteeriin. Geenit juurtivat juurensa ja "käynnistivät" solun uudelleen antaen sen kasvaa ja lisääntyä itse - se oli ensimmäinen organismi, jolla oli täysin keinotekoinen genomi.
Bakteereista ihmisiin
Jos uusi hanke saa rahoitusta, se jäljittelee Venterin kokeita omalla genomillamme. Ottaen huomioon, että ihmisen genomi on noin 5000 kertaa suurempi kuin Venterin bakteerit, on vaikea sanoa, kuinka paljon vaikeampaa tämä synteesi voisi olla.
Vaikka kaikki muu epäonnistuu, teollisuus saa arvokasta kokemusta. Harvardin lääketieteellisen korkeakoulun johtava geneetikko Dr. George Church kertoo, että tämä projekti voi avata teknistä kehitystä, joka parantaa omaa kykyämme syntetisoida pitkiä DNA-säikeitä. Kirkko jopa korostaa, että projektin päätavoitteena on tekniikan kehittäminen.
Tutkijoiden kokous aiheutti kuitenkin paljon epäilyksiä. Tämä projekti voi kuitenkin jonain päivänä johtaa "suunnitteluvauvojen" tai jopa ihmisten luomiseen. Tällaisten ihmisten vanhemmat voivat olla tietokoneita. Tällaisen tulevaisuuden kuvitteleminen on yksinkertaista, mutta pelottavaa: kuinka turvallista on suoraan manipuloida tai luoda elämää? Kuka omistaa tämän tekniikan? Mitä tehdä elämästä, joka osoittautui epäonnistuneeksi? Eivätkö kaikki tämä aiheuta syrjintää ja epätasa-arvoa?
ILYA KHEL