Nagrada SOVA za mentorje

Slovensko društvo za visokošolsko didaktiko se je odločilo podeliti priznanje SOVA ekipi mentorjev študentske raziskovalne ekipe, ki je lani sodelovala na tekmovanju iz sintezne biologije. Svečana podelitev nagrade bo v četrtek (6. marca) ob 18. uri na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani. Ob tem bodo študenti na kratko predstavili vsebino projekta, za glasbo pa bo poskrbel Igor Matković trio. Če koga slučajno zanima, je dobrodošel!

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.

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 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...

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.

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.

"Američani klonirali človeka"

Pravkar sem na eni od televizij slišal najavo poznovečernih poročil, v katerih bodo objavili, da so Američani klonirali človeka. O, kaj takega! Tako na hitro... Čeprav verjetno zadeva ni čisto taka, kot so jo najavili. Pa pobrskajmo med novicami na spletu!

Reuters poroča, da je kalifornijsko podjetje Stemgen pripravilo pet človeških zarodkov z namenom, da pridobi primerne izvorne celice za zdravljenje. Raziskavo bodo objavili v reviji Stem Cells; včeraj so na spletu objavili elektronsko verzijo članka. Avtorjev članka je šest in prihajajo s treh privatnih ustanov. Zanimivo je, da so članek poslali v objavo že aprila lani, uredniki pa so jo odobrili za tisk šele januarja letos, kar gotovo priča o pomislekih glede postopkov, natančnosti opisa dela ali pa vsaj glede smiselnosti objave v znanstveni reviji. Po tem, ko je korejska skupina leta 2004 objavila podobno raziskavo, pa se je kasneje izkazalo, da so bili rezultati potvorjeni, je previdnost urednikov razumljiva.

Zarodke so klonirali na osnovi kožnih celic dveh moških, sodelavcev centra za umetno oploditev v La Jolli. Jedro kožne celice so prenesli v jajčno celico, ki so ji jedro prej odstranili. Jajčeca so dobili od žensk, ki so se zdravile na centru in so soglašale z uporabo jajčec za raziskovalne namene. V poskusu so torej uporabili metodo jedrnega prenosa (s polnim imenom 'metoda prenosa somatskega jedra'), ki so jo v nekoliko drugačni verziji izvedli že pri pripravi ovce Dolly pred 12 leti.

Čeprav je v naslovu Reutersove novice, da naj bi klonirali človeka in pripravili izvorne celice, iz komentarja Iana Wilmuta, raziskovalca, ki je vodil projekt priprave ovce Dolly, lahko razumemo, da celic zarodkov v fazi blastocist niso uspeli uporabiti za razvoj izvornih celičnih linij. To bi bilo namreč smiselno nadaljevanje raziskave.

Natančnejše branje raziskovalnega članka razkrije, da so za izvedbo poskusov uporabili 29 jajčnih celic treh različnih donork. Jedra somatskih celic so izvirala iz dveh celičnih linij fibroblastov- Pi 23 % jajčec so dosegli razvoj do stopnje blastociste, kar je dokaj dober rezultat. Razen tega pa so blastocistni stadij dosegli tudi pri jajčecih, ki so jih stimulirali v partenogenezo - zarodek se je torej razvil brez oploditve ali vnosa somatskega jedra.

Naslovi novic 'Američani klonirali človeka' seveda vzbujajo lažne predstave, da so se rodili klonirani ljudje, kar še dolgo ne bo možno. Blastociste, ki so jih dobili, so zarodki s približno 100 celicami, torej v stopnji razvoja, ko se celice prvič razdelijo v ovoj in notranjo celično maso, ki vsebuje izvorne celice. V resnici smo s člankom, ki so ga objavili včeraj, še vedno za tem, kar je bilo objavljeno leta 2004 in nato preklicano, ker korejskih rezultatov ni bilo mogoče dokazati.

Verjetno prihodnost priprave izvornih celic za zdravljenje ni v kloniranju zarodkov, pač pa v reprogramiranju diferenciranih celic nazaj v plurpotentne. Rezultati, objavljeni na tem področju v letu 2007, so med najbolj vznemirljivimi odkritji zadnjega časa na področju ved o življenju.

V povezavi z objavljenim člankom o 'kloniranju človeka' je dobro prebrati tudi kratki sestavek Rite Pilar Cervera in Miodraga Stojkovića (ki je iz Newcastla odšel v Valencio). V svojem komentarju pravita, da so izvorne celice iz embrijev bistveno bolj pomemben vir celic za zdravljenje kot reprogramirane somatske celice (inducirane pluripotentne celice, iPS), to pa zato, ker za pripravo slednjih uporabljajo retrovirusne vektorje, ki bi lahko povzročili razvoj rakavih sprememb.

Raziskovalni dosežki leta 2007

Revija Science je v svoji zadnji decembrski številki (21.12.) objavila seznam najpomembnejših odkritij v letu 2007. Kot vsako leto so objavili, katero je po mnenju njihovih sodelavcev najpomembneše odkritje minulega leta, ter devet drugih pomembnih odkritij. Razen tega napovedo, katere teme so med najbolj obetajočimi v letu, ki se začenja.

Za leto 2007 so kot najpomembnejše odkritje v znanosti razglasili spoznanja o genetski naravi razlik med posameznimi ljudmi - več o tem v nadaljevanju. Na mestih 2-10 so odkritja z mnogih raziskovalnih področij. Med drugimi so kot zelo pomembna omenili:
- odkritje možnosti reprogramiranja diferenciranih celic v izvorne celice,
- določitev prostorske zgradbe receptorja za adrenalin,
- odkritje počasne neenake delitve limfocitov T, ki se lahko razvijejo v citotoksične ali spominske celice,
- ugotovitev, da je hipokampus tisti del možganov, ki je odgovoren za opis možnih prihodnjih dogodkov na osnovi dogodkov iz preteklih izkušenj.
Pet od desetih razglašenih najpomembnejših odkritij je torej s področja ved o življenju, kar je podobno kot prejšnja leta.

Minulo leto je bilo torej najpomembnejše novo spoznanje boljše razumevanje genetskih razlik med posamezniki. Čeprav je razlika na ravni nukleotidnega zaporedja genoma med dvema človekoma verjetno res največ 0,5 %, kaže, da so razlike lahko tudi v številu ponovitev genomskih segmentov. Dolžina pomnoženih regij bi utegnila predstavljati celo do 300 milijonov baznih parov, kar je več kot 10 % genoma. V letu 2007 se je izkazalo, da je mogoče nekatere polimorfizme posameznih nukleotidov (gre za 15 milijonov tistih mest v genomu, ki so med ljudmi lahko različna) povezati s povečano verjetnostjo za razvoj določenih bolezni, prav tako pa je genska doza (število ponovitev posameznih regij) lahko povezana z razvojem ali potekom nekaterih bolezni.

Čeprav je celoten genom znan le za dva človeka na svetu (Jamesa Watsona, soodkritelja zgradbe DNA, in Craiga Venterja, pobudnika določitve človekovega genoma v podjetju Celera), se stroški, povezani z določanjem genomov, postopno manjšajo. Če je danes mogoče zaporedje določiti za manj kot 1 milijon dolarjev (za določitev prve verzije genoma človeka so porabili vsaj 300-krat več denarja), je to še vedno predrago, da bi imeli podatke o genomu zapisane na čipu zdravstvene kartice.

Vse bolj jasno pa postaja, da celotno zaporedje genoma niti ni tako pomembno - zadoščalo bi, če bi imeli podatke o tistih nukleotidih, ki so spremenjeni na ključnih mestih, povezanih s fenotipskimi značilnostmi - in pri tem razumem tudi nagnjenost k razvoju bolezni. Osebna genomika je sicer še vedno stvar prihodnega desetletja, lahko pa se že postavite v vrsto in začnete varčevati. Če je za določanje genomskega zaporedja danes treba odšteti 350.000 dolarjev, veliko strokovnjakov verjame, da bo tehnologija napredovala in bo za enak rezultat treba čez morda deset let plačati le še 1000 (današnjih) dolarjev. Privarčevani denar pa boste lahko porabili za kakšen priboljšek!