Zinātnieki jau sen domāja: vai viņi var izveidot pilnvērtīgu sintētisku dzīvības formu? Biologs Entonijs Hosē iepazīstināja ar šūnu koda jēdzienu, kura zināšanas ir nepieciešamas, lai iegūtu mākslīgu organismu.
Pašlaik pētnieki ir tikko sākuši radīt mākslīgas dzīvības formas, no jauna saliekot vienšūnu mikroorganismu genomus. Jo īpaši pagājušā gada martā vienā no specializētajām publikācijām parādījās raksts, kurā zinātnieki aprakstīja mikoplazmas baktērijas radīšanas procesu ar minimālu iespējamo gēnu skaitu. Lai iegūtu vēlamo rezultātu, zinātnieki pārmaiņus ievietoja mainītā genoma fragmentus, kas bija gandrīz uz pusi lielāki par sākotnējo, saņēmēja šūnā ar iznīcināto DNS.
Šogad amerikāņu pētniekiem no Džona Hopkinsa universitātes izdevās iegūt raugu ar mākslīgām hromosomām, no kurām tika noņemti nederīgi un nepilnīgi gēni. Turklāt zinātniekiem izdevās pārtraukt ģenētisko kodu, mainot TAG olbaltumvielu tripletus uz TAA. Pateicoties tam, organismi atbrīvojās no papildu fragmenta, kas kalpoja TAG kodoniem.
Kamēr daži pētnieki mēģina izveidot vienšūnas organismus, kuros nav ģenētisko atlieku, tajā pašā laikā citi zinātnieki mēģina mainīt veidu, kādā olbaltumvielas kodē DNS secība. Pašlaik progress šajā virzienā ir vairāk nekā pieticīgs. Maz kas ir paveikts, ir DNS alfabēta dažādošana. Četriem jau esošajiem nukleotīdu burtiem tika pievienoti vairāki burti. Vienā no zinātniskajiem rakstiem ir aprakstīts, kā starptautiskai pētnieku grupai izdevās E. coli genomā ievietot mākslīgos nukleotīdus Y, X. Neskatoties uz to, ka kaut kas līdzīgs tika darīts jau iepriekš, pētniekiem izdevās nodrošināt, ka baktērijas saglabāja sintētisko daļu DNS, bet vienlaikus veiksmīgi attīstoties.
Tomēr tas ir tikai pirmais solis ceļā uz pilnvērtīgu mākslīgo organismu. Nākamajā posmā zinātnieki plāno piespiest mākslīgos nukleotīdus kodēt aminoskābes. E. coli sintētiskie proteīni Y, X tika ievietoti drošā genoma daļā ārpus gēnu kodēšanas sekvencēm. Pretējā gadījumā jauni peptīdi vienkārši izjauktu olbaltumvielu sintēzes procesu. Šūna vienkārši nezinātu, kura aminoskābe ir atbildīga par šo vai citu kodonu (YGC vai ATX). Biologiem vēl nav jāizveido jauna transporta RNS, kas spētu atpazīt šādus tripletus un ievietot noteiktu aminoskābi augošajā peptīdu secībā.
Bet pat šādos apstākļos šādu organismu diez vai var saukt par mākslīgu. Tajā pašā laikā zinātnieki saprot, kāda būs viņu nākamā rīcība. Sintētiskais organisms saņems ne tikai jaunus nukleotīdus, bet arī jaunas aminoskābes, kuras vai nu vispār nenotiek, vai arī šūnas iekšienē ir ārkārtīgi reti. Zinātnieki labi zina, ka visus nukleotīdu tripletus kodē tikai divdesmit standarta aminoskābes. Noteiktos apstākļos proteīnā var iekļaut dažas citas aminoskābes, ieskaitot selenocisteīnu. Pateicoties ģenētiskā koda papildu burtiem, būs iespējams bagātināt olbaltumvielu un veidot kodonus, kas atbildīs jaunajām aminoskābēm.
Neskatoties uz to, ka sintētiskā bioloģija ir guvusi zināmus panākumus, pētnieki joprojām precīzi nezina, kāda informācija ir svarīga, lai iegūtu organismu ar dotajām īpašībām. DNS secība ir tikai sākumpunkts. Visas auga vai dzīvnieka šūnas satur vienu un to pašu genomu, bet organismu attīstības gaitā šūnas ir norobežotas, citiem vārdiem sakot, tās veic dažādas funkcijas. Šajā procesā svarīga loma ir sekundārajai (tā sauktajai epigenētiskajai) regulēšanai, kuras laikā savienojumus atsevišķi gēni izslēdz vai aktivizē. Galu galā viena šūna var pārveidoties par fibroblastu, bet otra - par neironu.
Merilendas Universitātes biologs Entonijs Hosē pēta, kā nongenētiskā informācija nosaka organismu. Pētnieks ierosināja šūnu koda koncepciju, kas ir slēgta bioloģiskajās molekulās, kas atrodas trīsdimensiju telpā. Šīs molekulas ir nepieciešamas pārējā organisma atjaunošanai. Lai uzglabātu šo informāciju, visas kompleksa organisma šūnas nav vajadzīgas, pietiks ar vairākām vai pat ar vienu šūnu. Organismiem, kas vairojas seksuāli, šāda krātuve ir zigota (tā ir šūna, kas veidojas pēc sieviešu gametas apaugļošanas ar spermu).
Reklāmas video:
Pēc pētnieka domām, lai atšifrētu šūnu kodu, ir nepieciešams izpētīt visu organisma rekonstrukcijas ciklu. Citiem vārdiem sakot, dzīvā organisma attīstība un tā atražošana ir jāuzskata par vienu procesu. Lai pilnībā saprastu, kā tas darbojas, nepietiek ar DNS atšifrēšanu.
Zigotas veidošanās laikā jauna organisma veidošanos ietekmē ne tikai olšūnā un spermā iegūtā DNS, bet arī gametas citoplazma. Vielas, kas uzkrājas gametas nobriešanas laikā (mRNS, olbaltumvielas, transkripcijas faktori), var izraisīt mātes efektu. Viņi atrodas embrija attīstības sākuma stadijā un pat spēj to nogalināt (tas ir raksturīgi maija vaboļu vabolēm). Zināmu lomu spēlē arī šo vielu telpiskā struktūra. Jo īpaši tie veido ķermeņa asis kukaiņos un nosaka gliemežvāku čokurošanos gliemjos.
Zinātnieks ierosinās šādu shēmu: šūna, kurai ir bioloģiskas makromolekulas un citi savienojumi, mijiedarbības procesā ar barības vielām, signālmolekulām un temperatūru (tas ir, ārējiem faktoriem) nonāk citā stāvoklī, kas savukārt ietekmē vidi. Līdzīgā veidā visa sistēma iziet noteiktu ciklu skaitu, vienlaikus uzkrājot jaunas vielas. Jaunais posms ir atkarīgs no iepriekšējā, tāpēc to var paredzēt.
Hosē ir noraizējies, ka biologi joprojām nezina visu vienkāršākā organisma šūnu kodu, tomēr viņi, strādājot ar DNS, jau ir ķērušies pie daļēji mākslīgas dzīvības formas radīšanas. Pēc pētnieka domām, šādas manipulācijas ar ģenētisko materiālu kaut kādā mehānismā atgādina detaļu nomaiņu, tāpēc no ētikas viedokļa tās var būt ļoti riskantas.
Šūnu koda atšifrēšanai biologs ierosina salīdzināt zigotu iekšējās īpašības vienkāršāko mikroorganismu, piemēram, vienšūnu aļģu, paaudzēs. Šiem nolūkiem var būt piemērotas arī daļēji mākslīgas baktērijas ar minimālu genomu. Pētot tēva vai mātes efektu, būs iespējams noteikt nozīmīgus ārējos faktorus. Svarīgu molekulu telpiskā izvietojuma izpēti var veikt, izmantojot sistemātisku bioķīmisko un molekulāro analīzi, izmantojot fluorescējošas molekulas.