Od umetnega ribosoma do umetnega življenja

Kmalu bo novica stara dva tedna in nekateri so jo pograbili še vročo: ameriški znanstveniki so naredili ribosom in s tem pomemben korak k umetnemu življenju (npr. RTV SLO, 9. marca). George Church s Harvarda pravi, da rabijo samo 151 genov (u, kakšna natančnost) in najpreprostejša oblika celice bo tu. Hm, ampak ali ni Craig Venter rekel, da se da pri mikoplazmi pogrešiti sto od 521 genov, tako da bi njegova sintezna bakterija imela 381 genov za proteine (ob teh pa še 39 genov za različne oblike RNA)?

Nasploh je novica o 'ribosomu iz laboratorija' malo sumljiva. Poglejmo, kaj so v resnici naredili ameriški znanstveniki! Natančne podatke je težko podati, ker o tem niso objavili nobenega znanstvenega članka, kar je tudi, milo rečeno, nenavadno. Na univerzi MIT, eni najuglednejših univerz na svetu, izdajajo časopis Technology Review, ki je 10. marca prav tako pisal o dosežku s Harvarda (ki je oddaljen samo dve postaji s podzemno železnico). Piše, da sta s podoktorskim sodelavcem Michaelom Jewettom bakterijski ribosom 'razstavila' na posamezne proteine, mešanici teh proteinov pa sta potem dodala ribosomsko RNA in ribosom se je ponovno sestavil.

Najprej ponovimo nekaj osnovnih podatkov o bakterijskem ribosomu, 'celični tovarni za proizvodnjo beljakovin'. Sestavljen je iz dveh različno velikih podenot: malo sestavlja 21 proteinskih molekul in ena molekula rRNA (1540 nukleotidov), veliko pa 34 proteinov in dve molekuli rRNA (120 in 4700 nukleotidov). Ribosome se da brez težav izolirati iz celic, ker so zelo kompaktne strukture in imajo precej drugačne lastnosti od drugih celičnih sestavin. Nukleinske kisline se da zelo enostavno ločiti od proteinov. Na Harvardu naj bi nato posamezne sestavine (pri tem ni jasno, ali so ločili proteinsko mešanico do posameznih izoliranih proteinov ali ne) ob pomoči encimov ponovno sestavili v delujoč ribosom.

Sicer se bližam letom, ko pozabljanje ni več sramota, ampak mislim, da se še spomnim, kako sem se kot študent naučil, da imajo sestavni deli ribosoma sposobnost samoorganizacije. Poskuse, ki so to dokazovali, so opravili že pred 40 leti, a se nikoli nisem spraševal, pod kakšnimi pogoji so to samoorganizacijo dosegli. Kot piše v Technology Review, naj bi takrat dosegli sestavljanje ribosomov v pogojih, ki so bili precej drugačni kot vladajo v celičnem okolju in dobljeni ribosomi niso bili zelo učinkoviti pri sintezi proteinov. Tokrat naj bi bilo drugače, a težko rečem, kako. Ob pomoči encimov? Zanimivo, ampak katerih? V nadaljevanju članka je predstavljena slika, ki naj bi predstavljala shemo tistih elementov, ki bi omogočili, da bi se v celici ribosomi sami razmnoževali. Recimo, da deluje neprepričljivo, ampak dobro, na Harvardu si tega najbrž niso mogli ravno izmisliti.

Zakaj želi profesor Church narediti umetne ribosome, saj so tisti, ki bi jih tako preprosto izoliral iz celic, vsaj enako dobri kot ti, ki jih je tokrat 'sestavil'? Kot razlaga v članku je bistvo sinteznega pristopa v tem, da bi ustvaril ribosome, ki bi bili drugačni od naravnih v svoji osnovi, tako da bi lahko sintetizirali proteine z drugačno kiralnostjo. Če bi bili proteini sestavljeni zrcalo glede na sedaj znane proteine, bi bili stabilni pred razgradnjo, saj so razgradni encimi, ki so se razvili v evoluciji, prilagojeni na levo kiralno obliko in desne, ki bi jo morda sintetizirali umetni ribosomi, ne bi prepoznali.

Dodatne podatke o raziskavi najdemo na spletni strani Harvardske univerze. Raziskavo so predstavili na srečanju alumnov, bivših diplomantov in učiteljev te, po mnenju mnogih, najboljše univerze na svetu. Opis poskusa je tu nekoliko drugačen, saj piše, da so naravno rRNA nadomestili s sintetično, kar je bolj v smislu sintezne biologije, razen tega pa nakazuje naslednje poskuse. Aktivni del ribosoma, kjer se povezujejo aminokisline v proteinske verige, predstavlja molekula RNA in če bi res želeli spremeniti zrcalnost proteinskih molekul, bi zagotovo morali spremeniti encim, ki je odgovoren za sintezo, ta encim pa je ribocim (katalitična RNA). Napisali so, da so za poskuse porabili eno leto.

Kratek pregled znanstvene literature nam pokaže, da morda tako glasno objavljeno delo s Harvarda le ni tako novo in revolucionarno. Če pustimo ob strani poskuse izpred 40 let, lahko najdemo podatke o ponovnem sestavljanju ribosoma amebe leta 1996 (vir) - gre za evkariontski organizem, ki ima bolj zapleteno sestavljen ribosom, tik pred tem pa so objavili tudi raziskavo o sestavljanju ribosoma arhej. Bakterijski ribosom so sestavljali precje dolgo - malo podenoto so sestavili pred skoraj točno 41 leti (vir) , funkcionalni ribosom pa tri leta kasneje (vir). Reakcijski pogoji res niso bili natančen posnetek celičnih razmer, niso pa bili izrazito neobičajni.

Lahko bi rekli, da eksperimenti s Harvarda morda v sedanji obliki niti niso objavljivi, saj so samo ponovili poskus izpred 38 let pod spremenjenimi pogoji in s sintetično RNA. Verjetno bo potrebnega še precej dela, preden bodo uspeli pripraviti kaj bolj revolucionarnega. Kako dolgo bo trajalo, je težko reči. Morda res pet let, kot napoveduje Daily Mail (12.3.), a morda uspeh ne bo prišel na osnovi sinteznega genoma s Churchevega seznama, pač pa od kod drugod.