V četrtek (20.5.) so pri reviji Science kot pomembno predhodno objavo (spletni časopis Sciencexpress) izdali članek, v katerem avtorji z Inštituta J. Craiga Venterja poročajo o sintezi celotnega genoma bakterije Mycoplasma mycoides in njegovi uspešni vključitvi v celice Mycoplasma capricolum, v katerih je nadomestil naravni genom. Nedvomno gre za pomemben dosežek, čeprav mogoče manj pomemben kot to nekateri poskušajo prikazati.
S stališča biotehnologije je sinteza celotnega genoma nekega mikroba vsekakor veliko in drago delo. Avtorji ocenjujejo, da jih je stalo 40 milijonov USD, kar je nedvomno pretirano, saj so verjetno šteli vse posredne stroške, pa tudi stroške dela za preteklih 10 let, kolikor trdijo, da je raziskava potekala (kar je spet pretirano). Ista raziskovalna skupina je objavila članek o sintezi celotnega genoma že leta 2008, vendar je takrat šlo za bakterijo Mycoplasma genitalium, ki je skoraj pol manjši (580.000 bp) od tokrat sestavljenega kromosoma M. mycoides. S stališča sinteze genoma gre torej za večji zalogaj, tehnologija pa ni nova. Sama sinteza torej ne bi opravičevala velikih stroškov. Mimogrede, samo sinteza koščkov genov bi stala približno 350.000 EUR, k temu pa je treba prišteti še vedno zahtevno sestavljanje koščkov in preverjanje dobljenih zaporedij.
Zgolj sinteza genoma ima eno veliko pomanjkljivost: s tem genomom ni kaj početi. Leta 2008 je manjkal ključen del poskusa, ki bi pomenil pomembno nadgradnjo: dokaz, da genom res deluje, kot bi moral. Genom bi bilo treba vstaviti v celico in preveriti, ali se je sposoben podvojevati in ali res uspešno zapisuje za vse procese, ki so celici potrebni za življenje. Z genomom M. genitalis to očitno ni bilo mogoče in nihče ni mogel zagotovo reči, kaj je temu krivo. Nekateri so sumili, da je problem v metilacijskem (epigenetskem) vzorcu DNA, lahko pa bi bilo tudi kaj drugega. Rešitev problema so znanstveniki poiskali v svojih lastnih rezultatih iz leta 2007.
Tri leta nazaj so raziskovalci z Venterjevega inštituta izvedli poskus, v katerem so iz bakterij Mycoplasma mycoides izolirali kromosom in ga prenesli v bakterije M. capricolum. Šlo je torej za kromosom, izoliran iz naravnih celic, ki je v celicah bakterij druge vrste zaradi selekcijskega pritiska po več generacijah celic nadomestil stari genom. Govorimo o presaditvi genoma, podobno kot lahko jetra enega človeka presadijo drugemu človeku in tam delujejo tako kot so pri prvem. Vendar je pri tem velika razlika: pri presaditvi kromosoma prejemna celica (res da šele po številnih delitvah) izgubi svoje lastnosti in postane taka, kot je bila celica, iz katere so odvzeli DNA. Ker so torej imeli dokaz, da je prenos genoma M. mycoides v celice M. capricolum možen, so poskusili enak postopek izvesti s sinteznim genomom.
Ker je sintezni genom M. mycoides imel vključene nekatere gene, ki jih naravni nima (na primer gen za odpornost proti antibiotiku tetraciklinu in gen za encim betagalaktozidazo, ki omogoča, da celice brezbarvni substrat pretvorijo v modro obarvan produkt), so lahko v laboratoriju uporabili rastne pogoje, ki so omogočili rast samo tistih celic, ki so sprejele sintezni genom. Postopek je zelo nizko učinkovit, a je bil uspešen.
Ob omenjenih 'velikih poskusih' so morali izvesti še nekatere, ki se zdijo manj zanimivi, so pa bili ključni. Potrebno je bilo namreč onemogočiti sistem sistem v gostiteljskih celicah, ki predstavlja obrambo pred tujo DNA, temelji pa na metilacijskem vzorcu DNA. Uporabiti so torej morali celice, ki so imele obrambni sistem onesposobljen. Naslednji pomembni poskusi pa so bili preverjanje funkcionalnosti koščkov sinteznega genoma, dolgih po 100.000 bp. Imeli so 11 takih kosov, ki so jih kombinirali s preostankom kromosoma iz naravnih celic in za vsako od teh kombinacij preverili, ali se celice lahko delijo ali ne. Ugotovili so, da eden od 11 kosov ni bil funkcionalen, kriva pa je bila mutacija, ki so jo nato popravili, končni sintezni genom pa je deloval tako, kot so predvideli.
Vprašanje je seveda, kaj sedaj. Čeprav sintezna celica v resnici ni sintezna, pač pa naravna celica, ki je sprejela sintezno DNA in jo 'vzela za svojo', se zdi, da bo zdaj mogoče v sintezni kromosom vključiti katere koli dodatne gene in s tem pridobiti celice z novimi lastnostmi. A bodimo realni: vključevanje novih genov v genome bakterih (pa tudi višjih organizmov) ni nič takega, česar ne bi znali narediti že danes. Verjetno bo torej prej treba dokončati delo, ki ga je Venter nakazal in tudi reklamiral že pred leti: dokazati bo treba, da je njegov 'minimalni genom' (hipotetični sintezni organizem so takrat imenovali Sintija) res funkcionalen - da torej res ve, katerih približno 400 genov je tistih, ki zagotavljajo življenje. Tu pa se bo spet pojavil problem z gostiteljsko celico, ki bo pripravljena vzeti tak genom in z njim preživeti nekaj generacij... torej je ozko grlo prej oživljanje genoma kot pa sinteza genoma.
Kar je najlažje oglaševati, je bodočnost. Po Venterjevem mnenju bo mogoče z vključitvijo ustreznih genov pripraviti celice, ki bodo sintetizirale goriva, proizvajala cepiva ali nove materiale. Vse prav, vendar če bi res vedeli, katere gene je treba vključiti, bi marsikaj lahko naredili tudi brez 'sintezne celice'. Morda je 'sintezno življenje' na sedanjih temeljih povsem nepotrebno in bi se ga bilo treba lotiti eno stopnjo nižje - z ustvarjanjem protocelic, miminalnim genomom, ali pa - zaradi večje varnosti - z alternativnim genetskim sistemom, ki ni kompatibilen z življenjem, ki se je v evoluciji razvilo na Zemlji. Morda se sliši kot oddaljena znanstvena fantastika, a skupine po svetu so že naredile nekatere korake, ki peljejo v to smer.
Ni komentarjev:
Objavite komentar