Pagājušajā nedēļā Harvardā tikās 150 pieaicināto ekspertu grupa. Aiz slēgtām durvīm viņi apsprieda izredzes izstrādāt un veidot veselu cilvēka genomu no nulles, izmantojot tikai datoru, DNS sintezatoru un izejvielas. Mākslīgais genoms tiks ievadīts dzīvā cilvēka šūnā, lai aizstātu tā dabisko DNS. Cerība ir, ka šūna "atsāknēs", mainīs savus bioloģiskos procesus, lai tie darbotos, pamatojoties uz mākslīgās DNS sniegtajām instrukcijām.
Citiem vārdiem sakot, mēs drīz varam redzēt pirmo "mākslīgo cilvēka šūnu".
Bet mērķis nav vienkārši izveidot cilvēku 2.0. Izmantojot šo projektu HGP-Write: Lielu sintētisko genomu pārbaude šūnās, zinātnieki cer izstrādāt progresīvus un spēcīgus rīkus, kas virzīs sintētisko bioloģiju uz eksponenciālu rūpniecības izaugsmi. Ja tas izdosies, mēs ne tikai iegūsim bioloģiskos rīkus cilvēku kā sugas projektēšanai: mēs varēsim pārtaisīt dzīvo pasauli.
Dzīves radīšana
Sintētiskā bioloģija būtībā ir laulība starp inženierijas un biotehnoloģijas principiem. Tā kā DNS sekvencēšana ir saistīta ar DNS lasīšanu, gēnu inženierija ir DNS rediģēšana, un sintētiskā bioloģija ir jaunas DNS programmēšana neatkarīgi no tās sākotnējā avota, lai radītu jaunas dzīvības formas.
Sintētiskie biologi DNS un gēnus uzskata par standarta bioloģiskiem celtniecības blokiem, kurus pēc iespējas var izmantot, lai izveidotu un modificētu dzīvas šūnas.
Reklāmas video:
Šajā jomā ir dizainera koncepcija, saka Dr Jay Keesling, sintētiskās inženierijas pionieris Kalifornijas Universitātē Berkeley. "Kad cietais disks nomirst, varat doties uz tuvāko datoru veikalu, nopirkt jaunu, aizstāt veco," viņš saka. "Kāpēc mēs bioloģiskās daļas neizmantojam vienādi?"
Lai paātrinātu progresu šajā jomā, Kislings un viņa kolēģi izveido standartizētu DNS gabalu datu bāzi - BioBricks. To var izmantot kā mīklu gabalus, lai savāktu dabā vēl neredzētu ģenētisko materiālu.
Kislingam un citiem šajā jomā sintētiskā bioloģija ir kā jaunas programmēšanas valodas izstrāde. Šūnas ir aparatūra, aparatūra, savukārt DNS ir programmatūra, kas liek tām darboties. Ar pietiekamām zināšanām par gēnu darbību sintētiskie biologi cer, ka varēs uzrakstīt ģenētiskās programmas no nulles, radīt jaunus organismus, mainīt dabu un pat virzīt cilvēka evolūciju jaunā virzienā.
Līdzīgi kā gēnu inženierijā, arī sintētiskā bioloģija dod zinātniekiem iespēju eksperimentēt ar dabisko DNS. Mēroga atšķirība: gēnu rediģēšana ir izgriešanas / ielīmēšanas process, kas pievieno jaunus gēnus vai maina burtus esošajos gēnos. Dažreiz tas daudz nemaina.
Savukārt sintētiskā bioloģija rada gēnus no nulles. Tas dod zinātniekiem vairāk iespēju modificēt zināmos gēnus vai pat izveidot savus. Iespējas ir gandrīz bezgalīgas.
Biomedicīnas, biodegviela, biodegviela
Sintētiskās bioloģijas eksplozija pēdējo desmit gadu laikā jau ir devusi rezultātus, kas aizrauj gan zinātniekus, gan korporācijas. Vēl 2003. gadā Kīzlings publicēja vienu no pirmajiem pētījumiem, lai pierādītu un parādītu šīs pieejas spēku. Tas koncentrējās uz ķīmisku vielu, ko sauc par artemisinīnu, spēcīgu pretmalārijas medikamentu, kas iegūts no saldās vērmeles (vērmeles).
Neskatoties uz daudzajiem mēģinājumiem kultivēt šo augu, tā raža joprojām ir ārkārtīgi zema.
Kislings saprata, ka sintētiskā bioloģija piedāvā veidu, kā vispār apiet ražas novākšanas procesu. Ieviešot baktēriju šūnās nepieciešamos gēnus, viņš pamatoja, ka jūs varat pārvērst šīs šūnas par mašīnām artemizinīna ražošanai un uz viņu rēķina nodrošināt jaunu bagātīgu zāļu avotu.
To bija ļoti grūti izdarīt. Zinātniekiem šūnā bija jāizveido pilnīgi jauns vielmaiņas ceļš, ļaujot tai apstrādāt ķīmiskas vielas, kuras tā iepriekš nezināja. Izmantojot izmēģinājumus un kļūdas, zinātnieki vienā DNS paketē salīmēja desmitiem gēnu no vairākiem organismiem. Ievietojot šo maisu E. coli - baktēriju E. coli parasti izmanto laboratorijās ķīmisko vielu ražošanai, viņi radīja jaunu ceļu baktērijām izdalīt artemisinīnu.
Nedaudz vairāk pievelkot nepieciešamos uzgriežņus, Kislingam un viņa komandai izdevās miljoniem reižu palielināt ražošanu un desmit reizes samazināt zāļu cenu.
Artemizinīns bija tikai pirmais solis milzīgā programmā. Šīs zāles ir ogļūdeņraži, kas pieder pie molekulu ģimenes, ko parasti izmanto biodegvielas ražošanai. Kāpēc nepiemērot to pašu procesu biodegvielas ražošanai? Aizstājot gēnus, kurus baktērijas izmantoja artemizinīna ražošanai, ar gēniem biodegvielas ogļūdeņražu ražošanai, zinātnieki jau ir izveidojuši daudzus mikrobus, kas cukuru pārvērš degvielā.
Lauksaimniecības nozare ir vēl viena nozare, kas var gūt milzīgu labumu no sintētiskās bioloģijas. Teorētiski mēs varētu paņemt gēnus, kas ir atbildīgi par slāpekļa fiksāciju baktērijās, ievietot tos mūsu kultūras šūnās un pilnībā mainīt to dabisko augšanas procesu. Izmantojot pareizu gēnu kombināciju, mēs varētu audzēt kultūru ar pilnu barības vielu spektru, kas prasa mazāk ūdens, zemes, enerģijas un mēslojuma.
Sintētisko bioloģiju varētu izmantot pilnīgi jaunu pārtikas produktu ražošanā, piemēram, aromātos, fermentējot modificētu raugu vai vegānu sierus un citus piena produktus, kas radīti bez dzīvnieku palīdzības.
"Mums jāsamazina oglekļa un piesārņojošo vielu emisija, jāizmanto mazāk zemes un ūdens, jākontrolē kaitēkļi un jāuzlabo augsnes auglība," sacīja Kalifornijas Universitātes Deivisas profesore Dr. Sintētiskā bioloģija var nodrošināt mums nepieciešamos rīkus.
Atjaunot dzīvi
Prakse malā! Viens no sintētiskās bioloģijas galvenajiem mērķiem ir radīt sintētisku organismu, kas izgatavots tikai no speciāli izstrādātas DNS.
Galvenais šķērslis tagad ir tehnoloģija. DNS sintēze pašlaik ir ļoti dārga, lēna un pakļauta kļūdām. Lielākā daļa esošo metožu ļauj izveidot DNS virkni 200 burtu garumā; normāli gēni ir desmit reizes garāki. Cilvēka genomā ir apmēram 20 000 gēnu, kas ražo olbaltumvielas. Bet pēdējās desmitgades laikā DNS sintēzes izmaksas strauji samazinājās.
Pēc Stenfordas universitātes ģenētiķa Dr Drū Endija domām, vienas vēstules secības izmaksas ir samazinājušās no 4 ASV dolāriem 2003. gadā līdz 3 centiem šodien. Aprēķinātās visu cilvēka genoma 3 miljardu burtu drukāšanas izmaksas šodien ir 90 miljoni ASV dolāru, bet, ja tendence nemainīsies, paredzams, ka 20 gadu laikā tās samazināsies līdz 100 000 ASV dolāru.
90. gados Kreigs Venters, kas pazīstams ar savu galveno lomu cilvēka genoma sekvencēšanā, sāka meklēt minimālo gēnu kopumu, kas nepieciešams dzīvības radīšanai. Kopā ar kolēģiem Genomikas pētījumu institūtā Venters atņēma gēnus no baktērijas Mycoplasma genitalium, lai identificētu dzīvībai kritiskos.
2008. gadā Venters salika šos “kritiskos gēnus” un, izmantojot DNS sintēzi, no ķīmisko vielu buljona salika jaunu “minimālu” genomu.
Dažus gadus vēlāk Venters mākslīgo genomu pārstādīja otrajā baktērijā. Gēni iesakņojās un "restartēja" šūnu, ļaujot tai augt un vairoties pašai - tas bija pirmais organisms ar pilnīgi mākslīgu genomu.
Sākot no baktērijām līdz cilvēkiem
Ja jaunais uzņēmums saņems finansējumu, tas atkārtos Ventera eksperimentus, izmantojot mūsu pašu genomu. Ņemot vērā to, ka cilvēka genoms ir aptuveni 5000 reižu lielāks nekā Ventera baktērijas, ir grūti pateikt, cik šī sintēze varētu būt daudz grūtāka.
Pat ja viss pārējais neizdosies, nozare iegūs vērtīgu pieredzi. Saskaņā ar Hārvardas Medicīnas skolas vadošo ģenētiķi Dr. Džordža Čērča teikto, šis projekts var pavērt tehnoloģiskus sasniegumus, kas uzlabos mūsu pašu spējas sintezēt garus DNS pavedienus. Baznīca pat uzsver, ka projekta galvenais mērķis ir tehnoloģiju attīstība.
Tomēr zinātnieku tikšanās izraisīja lielu skepsi. Tomēr kādreiz šis projekts var novest pie "dizaineru mazuļu" vai pat cilvēku radīšanas. Šādu cilvēku vecāki var būt datori. Iedomāties šādu nākotni ir vienkārši, bet biedējoši: cik droši ir tieši manipulēt vai radīt dzīvi? Kam piederēs šī tehnoloģija? Ko iesākt ar dzīvi, kas izrādījusies neveiksmīga? Vai tas viss neradītu diskrimināciju un nevienlīdzību?
ILYA KHEL