21. feb. 2008

Še en odmev na tekmovanje iGEM

Sicer v Sloveniji ni mogoče priti do člankov v reviji Nature Chemical Biology, vendar se po ovinku s pomočjo Googla vseeno da prebrati poročilo o novembrskem tekmovanju iz sintezne biologije iGEM 2007. Revija Nature Chemical Biology je s faktorjem vpliva 12,4 ena od najuglednejših na svojem področju (8. med 262 biokemijskimi revijami).

Avtorica Catherine Goodman v prispevku piše o razvoju tekmovanja, dosežkih in perspektivah. Morda je prispevek zanimiv (tudi) zato, ker omenja slovensko ekipo in pri tem navaja mnenja študentskega člana ekipe, mikrobiologa Roka Gabra, in obeh vodij ekipe. Roman je izpostavil uspeh naše prve ekipe, ki je sovpadal z razpravami o kakovosti slovenskih univerz in omenil, da se je novica o naši zmagi takrat prebila v ospredje zanimanja javnosti. Rok je razložil, kako je pri sodelovanju v projektu zasledoval razvoj ideje od začetka do končne uresničitve, jaz pa sem opozoril, da bo z večjo pozornostjo področju sintezne biologije treba več truda nameniti etičnim, pravnim in varnostnim vidikom.

Načelo odprtokodne biologije je pravo nasprotje težnjam po patentiranju življenja, možnosti spreminjanja celičnega delovanja pa bi morda lahko privedla do etično spornih konstruktov. Če bi sinteznobiološke pristope kdo uspel izkoristiti za pripravo novih oblik življenja, ki bi bile nevarne za ljudi ali druga živa bitja, bi se lahko zgodilo, da človeštvo na to ne bi imelo hitrega odgovora. V tujini se predvsem z varnostjo in etiko v sintezni biologiji že veliko ukvarjajo, patentno pravo pa je nekoliko v ozadju - ali pa konstrukti, ki so doslej dostopni v registru bioloških delov za bogata podjetja (še) niso dovolj zanimiva. Čeprav je načelo tekmovanja iGEM, da so vsi konstrukti vseh ekip javno dostopni, so pomembne raziskovalne skupine na področju sintezne biologije svoje dosežke vendarle zaščitile.

11. feb. 2008

Sintezni genom je tu

Kot je logično predvidel že profesor Nekrep v svojem blogu (26. januarja), ne morem mimo spletne (pred)objave članka sodelavcev Instituta J. Craiga Venterja (JCVI) v reviji Science. Objavili so, kako so pripravili sintezni bakterijski genom. O tem sem res pisal že oktobra, ko so članek najavili pri časopisu Guardian in je kazalo, da je objava stvar dni ali kvečjemu tednov. Vseeno pa je trajalo še več kot tri mesece, da so članek resnično objavili.

Naslov današnjega prispevka je sicer zavajajoč, saj objavljeni genom v resnici ni povsem prvi, ki so ga raziskovalci poustvarili v laboratoriju. Pred tem so leta 2003 pripravili sintezni genom bakteriofaga
{phi}X174, ki je dolg 5.386 bp (PNAS), leta 2005 pa delno sintezni genom faga T7 (Mol. Syst. Biol.: sintetizirali so samo levi segment, dolg ~12 kb), vendar pri bakteriofagih, torej bakterijskih virusih, ne moremo govoriti o genomu živega bitja. Morda bi morali iti v zgodovino še dalj, v leto 1995, ko so prvič, iz 134 oligonukleotidov, sestavili 2,7 kb velik plazmid (Gene). Razlika med genomom bakteriofaga in genomom bakterije ni samo 100-kratna razlika v dolžini in s tem povezana zapletenost sestavljanja kosov genoma, pač pa predvsem v dojemanju pomena opravljenega dela.

Nekateri tokratno objavo primerjajo s člankom o ovci Dolly, drugi mislijo, da se ni zgodilo nič posebnega. Verjetno je resnica nekje vmes: s sintezo genoma še niso sintetizitarali življenja, čeprav je res, da genom vsebuje ves dedni material, ki ga preprosta bakterija ima. Tehnično je bilo delo nedvomno zahtevno; v laboratoriju imamo včasih težave s sestavljanjem kosov DNA, ki so dolgi vsega nekaj sto baznih parov, tu pa je šlo za tisočkrat večje dolžine DNA.

Preskok v dimenzijah (2x med letoma 1995 in 2003, še 2x med 2003 in 2005 in 50x med 2005 in 2008) je velik in je povezan delno z zmogljivostjo in zanesljivostjo DNA-sintetizatorjev in encimov ter postopkov, ki jih raziskovalci uporabljajo za povezovanje sintetičnih segmentov. Preskok pa je še v nečem: če je šlo pred 5 leti zgolj za to, da so s primeri dokazali, da je mogoče sestavljati zelo dolge segmente DNA, so leta 2005 z genomom bakteriofaga T7 prvič izvedli tako imenovano 'predelavo' (refactoring). To pomeni, da niso samo sintetizirali, pač pa načrt za sintezo pripravili tako, da so vključili zaporedja, ki so se jim zdela boljša ( v smislu 'bolj uporabna') kot naravna.

Predelava genoma se tokrat nadaljuje in bakterija, ki jo želijo ustvariti s sinteznim genomom, naj bi imela za biotehnologijo in sintezno biologijo manj neželenih lastnosti od divjega tipa bakterij. Kot so napisali raziskovalci, so tokrat objavili, kako so prišli do druge stopnje v tristopenjskem procesu: končna faza bo priprava organizma in morda bo ta članek tisti, ki bo predstavljal večjo prelomnico kot tokratni. Recimo, da bo naslednji članek primerljiv s člankom o ovci Dolly - še vedno pa se bo našel kdo, ki bo rekel, morda upravičeno, da kaj pa je ovca Dolly v resnici prinesla svetovni znanosti. Gotovo bi se našlo v vedah o življenju več pomembnejših dosežkov, pa vendar v zavesti človeštva ovca Dolly in človekov genom verjetno zasedata prvi dve mesti po odmevnosti.

Vrnimo se k tokratni objavi. Čeprav so najavljali 'sintezno bakterijo'
Mycoplasma laboratorium, so se tokrat odločili za bolj upravičeno ime M. genitalium JCVI-1.0. Genom so sestavili iz kosov, dolgih med 5 in 7 kb. Po štiri take kose so združili v daljše konstrukte, dolge okrog 24 kb (takih vmesnih konstruktov je bilo 25), ki so jih klonirali v bakterijah E. coli in s tem pridobili večje količine DNA. Nato so po tri vmesne konstrukte povezali v ~72 kb dolge višje konstrukte in jih ponovno klonirali v E. coli s pomočjo umetnih bakterijskih kromosomov (BAC). Po dva vmesna konstrukta so ponovno povezali v ~144 kb dolge konstrukte (taki so bili štirje) in znova klonirali. Segmentov, večjih od četrtink genoma, ni bilo več mogoče klonirati v ešerihiji, zato so uporabili kvasovko S. cerevisiae.

V primerjavi z naravnim genomom se sintezni razlikuje po eni pomembni podrobnosti (in več manjših). Gen, ki je pomemben za patogenost, so v sinteznem genomu zamenjali z genom za odpornost proti antibiotiku. S tem bodo lahko zelo enostavno ločili med divjimi tipi in 'umetnimi' mikoplazmami. Razen tega so v medgenske regije vključili posebna zaporedja (imenovali so jih 'vodni tisk'), ki omogočajo vgradnjo transpozonov. Na začetku je pomen teh zaporedij le to, da lahko ob določitvi nukleotidnega zaporedja z gotovostjo trdijo, da so segmenti res sinteznega in ne naravnega izvora.

Počakajmo še na bakterijo. Kdo misli, da bo članek objavljen še letos? Takrat se bo spet treba pogovoriti o etiki...


6. feb. 2008

Gensko spremenjene naprave in tekmovanje iGEM

Danes (v sredo, 6. februarja) bo v Hiši eksperimentov na Trubarjevi 39 v Ljubljani ob 20.30 h predavanje Petra Cimermančiča, študenta 4. letnika Biokemije in člana študentske ekipe, ki je novembra lani dosegla lep uspeh na mednarodnem tekmovanju iz sintezne biologije. Predstavil bo koncept gensko spremenjenih naprav in tekmovanje iGEM.

Na spletni strani Hiše eksperimentov je povzetek predavanja:
Odkritja na področju celične biologije so razkrila novo pot odpravljanja nekaterih težav, ki nas pestijo - od zdravljenja bolezni, odstranjevanja polutantov pa do pridobivanja bioenergije. Na predavanju bo torej mogoče izvedeti, kaj gensko spremenjene naprave sploh so, kako jih gradimo in za kaj še vse jih lahko uporabljamo. Predstavljene bodo tudi gensko spremenjene naprave iz nedavnega mednarodnega tekmovanja iGEM s poudarkom na projektu slovenske ekipe, ki je zmagala na področju medicine in zdravja.

5. feb. 2008

Klonirana drevesa za New York

Po (zasluženem) dopustu sem spet tu in vidim, da se je medtem marsikaj dogajalo... Andrej mi je poslal povezavo do novice, da naj bi v New Yorku posadili milijon kloniranih dreves. Kloniranih dreves? Ali sem prav prebral?
Razen Financ (21.1.2008) je novico po agenciji STA povzel tudi Mag, kjer piše podobno: zgornje veje izbranih 25 dreves bodo poslali v znanstvene laboratorije, kjer naj bi iz njih razvili genetsko identične potomce.

Ampak... če se spomnim na otroštvo, je moja stara mama uspela 'razviti genetsko identične potomce' krompirja kar tako, brez pomoči znanstvenih laboratorijev, s tem, da je kaljene gomolje razrezala in zakopala v zemljo. Je torej pri drevesih drugače? Po mojem ne. Če želite vzgojiti 'klone' trte, lahko po obrezovanju veje potaknete v zemljo in gotovo boste uspeli vzgojiti 'klone' iz vsaj polovice potaknjencev. Podobno bi pravzaprav uspelo z mnogimi lesnimi rastlinami in prav malo verjetno je, da bi si Njujorčani izbrali 25 ravno takih dreves, ki jih ni mogoče potakniti in vzgojiti mladih dreves - klonov.

Drevesa bodo genetsko enaka, vendar bodo različnih oblik, piše v novici. Ali ne bi potemtakem zadoščalo, če bi posadili milijon katerih koli dreves, ne ravno kloniranih? 'Kloniran' ima torej v očeh mestnih oblasti zgolj nek magičen pomen ali vsaj prizvok in - konec koncev - zakaj pa ne. Upam, da bo kakšen znanstveni laboratorij s tem, da bo na vrtu vzgajal potaknjence, vsaj kaj zaslužil, meščani in obiskovalci pa bodo čez kakšnih trideset, petdeset let uživali v senci klonov.

Poglejmo še, kaj piše o kloniranih drevesih v ameriških virih. Tam so seveda precej bolj natančni in povedo, da bo kloniranje potekalo sicer na malo bolj zapleten drevesničarski način, vsekakor pa ne bo šlo za kakšno posebno molekularno znanstveno delo. Kot piše v novici njujorškega Oddelka za parke in rekreacijo, so 10. januarja letos porezali nekaj vršnih vej prvega izbranega drevesa, več kot sto let stare bukve, ki raste v Centralnem parku. Vseh milijon dreves tudi ne bo kloniranih. Prvo od milijona dreves so posadili 9. oktobra lani v Bronxu, šlo pa je za karolinško halezijo. Kot po agenciji AP povzema LiveScience (11. januarja), naj bi kloniranje izvedli tako, da bodo odrezane veje v Schichtelovi vrtnariji v Oregonu postavili na korenine istovrstnih dreves. Ko bodo začele veje odganjati, jih bodo ponovno ločili od korenin in vzgojili mlado drevo. Ko bo zraslo do višine okrog pol metra, ga bodo posadili na izbrano lokacijo v New Yorku. Iz vsakega od 25 izbranih starih dreves bodo vzgojili po 10 klonov, tako da bo od milijona dreves klonov v resnici samo 250.

Pri kloniranju rastlin torej ne gre (nujno) za zapletene postopke. In naučili smo se, da vsega, kar napišejo (slovenski) časopisi, ne gre verjeti kar tako.