Tole sem se lotil pisati z namenom, ki je verjetno malo drugačen kot ponavadi. Res, da gre za HIV, ki je še vedno velik problem za človeštvo in torej tema ni marginalna. Mogoče pa je marginalna rešitev, čeprav... gre mogoče za začetek pravilne poti.
Za biološka zdravila se zdi, da bodo v nekaj desetletjih, če ne prej, prevladala v boju proti povzročiteljem bolezni in za zdravljenje tudi najtežjih bolezni. Bolj ko razumemo razvoj in potek bolezni, odziv organizma in mehanizme, ki uravnavajo homeostazo, bolj se zdi, da so poti do novih zdravil odprte. Zavedamo pa se, da so (in bodo) taka zdravila draga, saj bodo razvoj, preizkušanje in trženje še vedno dolgotrajni in zahtevni. Ampak, ker živimo v razvitem svetu, si mislimo, da bo že kako in da si bomo ta zdravila mogli privoščiti. Potem pa so tu milijarde ljudi v Afriki, Aziji, Južni Ameriki,... ki si novih zdravil ne bodo mogli privoščiti. Vseeno pa nekateri razmišljajo tudi o tej večini človeštva in iščejo preproste rešitve. In te najdejo pot tudi v revijo Science - 19. julija so v spletni izdaji ScienceExpress objavili članek o razvoju protivirusnega vaginalnega gela, ki 'statistično značilno' zmanjša verjetnost okužbe z virusom HIV pri ženskah.
Novo preventivno sredstvo je seveda dobra novica za jug Afrike, kjer so okužbe z virusom HIV najpogostejše, saj ima virus okrog 15 % prebivalcev Južnoafriške republike, pri čemer je prekuženost med ženskami skoraj dvakrat pogostejša kot pri moških. Vendar pa ima dobra novica tudi svojo temno stran.
Novo protivirusno mazilo so preizkusili na 889 ženskah. Pravzaprav je protivirusno sredstvo dobilo 445 žensk, preostalih 444 žensk pa mazilo brez aktivne snovi. To je seveda logičen znanstveni pristop pri dokazovanju učinkovitosti nekega novega sredstva, ki bi ga želeli uporabiti kot zdravilo. Treba je namreč dokazati njegovo delovanje in odsotnost škodljivih stranskih učinkov. Morda pričakujete, da taki preizkusi pomenijo, da ne sme zboleti (skoraj) nihče iz skupine, ki je dobivala preventivno sredstvo in verjetno vsi iz kontrolne skupine. Pa ni tako.
Raziskava je pokazala, da se je od 444 žensk, ki so uporabljale placebo (gel brez protivirusnega sredstva), z virusom okužilo 60 udeleženk študije. Od 445 tistih, ki so uporabljale potencialno zdravilo tenofovir, se jih je okužilo 38. Statistična analiza rezultatov je bila za farmacevte povsem jasna: verjetnost za okužbo se ob uporabi gela zmanjša za 39 % in to je več kot dovolj dobro, saj niso zasledili nobenih stranskih učinkov.
Vprašanje pa je, ali bi bili na zahodu pripravljeni proizvajati in prodajati snov, ki bi zmanjšalo verjetnost za okužbo za 39 %. Še več: vprašanje je, ali bodo v deželah, za katere je novi gel namenjen, pripravljeni plačati za preparat, ki še zdaleč ni v celoti preprečil okužbe. Konec koncev že obstaja dosti bolj učinkovita zaščita pred okužbo s tem virusom, pa je (moški) večinoma ne uporabljajo.
Tenofovir je biokemijsko gledano inhibitor encima reverzne transkriptaze, ki je značilen za vse retroviruse. Inhibitorje tega encima so razvijali že v prvem obdobju boja proti virusu HIV, vendar se je izkazalo, da je kot zdravilo dokaj neučinkovito, saj se virus s hitrimi mutacijami izogne delovanju sredstva. Ne moremo sicer reči, da zdravilo, ki ni dovolj dobro za razviti svet, poskušajo prodati Afričanom, saj zdaj ne gre za sistemsko uporabo po okužbi, pač pa za preventivno delovanje, kjer selekcija odpornih mutant ne more poteči.
Vseeno ostaja vprašanje, zakaj je gel preprečil okužbo samo delno, ne pa v celoti. Pri tem pa je treba razumeti naravo poskusa na prostovoljkah, saj tovrstne študije nikoli ne morejo biti povsem kontrolirane. Do okužbe bi lahko prišlo tudi kako drugače, vprašanje je tudi, ali je bil gel res vedno uporabljen pravočasno in bil pravilno nanesen. Sicer so med preiskavo, ki je trajala 30 mesecev, imeli razgovore s prostovoljkami enkrat mesečno in so natančno beležili uporabo kondomov, znotraj skupin pa so imeli podskupine z različno debelino nanosa gela.
Da neko snov dovolijo uporabiti kot zdravilo, mora biti 'statistično značilno' uspešnejše od placeba v boju proti bolezni. Na primeru mazila, ki so ga preizkušali v Južnoafriški republiki, si lahko predstavljate, kaj 'statistična značilnost' lahko pomeni, pogosto pa bi znale razlike med zdravilom in placebom biti še precej manjše. Ali to ne kaže na še vedno pomanjkljivo razumevanje patofizioloških in molekularnih procesov, ali pa morda ne znamo dovolj dobro izbrati tarčnih pacientov. Danes že vemo, da je potek iste bolezni pri različnih ljudeh lahko na molekulski ravni (in zdravila delujejo na tej ravni) lahko različen, pa tudi da se različni ljudje na isto zdravilo različno odzivajo. Še veliko dela za različne genomike in proteomike...
27. jul. 2010
7. jul. 2010
Boste dočakali 100 let?
Čeprav še vedno ni jasno, zakaj nekateri ljudje dočakajo zelo visoko starost, drugi pa ne, je odslej mogoče relativno zanesljivo napovedati, kdo bo dočakal izjemno starost. Poudarek je na besedi 'relativno', saj je zanesljivost 77-odstotna.
Napoved temelji na sistematični analizi značilnosti genomov 1000 ljudi, ki so doživeli vsaj 100 let in so bili vključeni v Študijo stoletnikov Nove Anglije. Študijo so začeli leta 1995, ko so poskušali ugotoviti, zakaj nekateri ljudje dočakajo visoke starosti in začenjajo obolevati bistveno kasneje kot povprečen prebivalec Nove Anglije. Kasneje se je preiskava razširila na bistveno večje število stoletnikov iz različnih krajev ZDA pa tudi iz drugih držav. Razen 1600 stoletnikov obravnavajo še okrog 500 otrok teh stoletnikov in 300 kontrolnih oseb, ki predstavljajo 'povprečje'.
Iz vzorca stoletnikov so analizirali DNA 1000 ljudi in to tako, da so pri vsakem določili 300.000 posameznih nukleotidov, za katere je znano, da so polimorfni (SNP) in rezultat primerjali s kontrolno populacijo. Evidentirali so tiste SNP, ki so statistično najmočneje povezani z doseganjem visoke starosti. Nato so dodali še nekatere druge značilnosti in s tem statistično izboljšali kakovost algoritma za napoved dolgoživosti.
Ugotovili so, da je z analizo samo 150 SNP mogoče ugotoviti, ali bo nekdo lahko dočakal zelo visoko starost ali ne. Polovica teh mest v genomu je povezanih s točno določenimi geni, druga polovica pa je v delih genoma, ki ne zapisuje za proteine. Tisti polimorfizmi, ki so vezani na gene, so razporejeni na tak način, da kažejo na vključenost zelo različnih biokemijskih procesov, ki skupaj omogočajo daljše življenje brez kroničnih bolezni in doseganje višje starosti.
Kljub temu, da je algoritem za napoved dolgoživosti sorazmerno zanesljiv, je še vedno dosti stoletnikov, katerih genom nima značilnosti, ki bi kazali na to, da bi dočakali sto let ali več. Morda so to tisti, ki so poskrbeli za zdrav način življenja, lahko pa da imajo kakšno drugo genetsko značilnost, ki je tokratna analiza ni zaznala.
Glede na to, da so predhodne raziskave kazale, da je vpliv okolja na dolgoživost bistveno večji kot vpliv genov (omenjali so razmerje 3:1), se zdi nenavadno, da je bilo vseeno možno najti skupne genomske značilnosti, ki jih je mogoče povezati z dolgoživostjo. Morda je rezultat tak tudi zato, ker je bila populacija, ki so jo preiskovali, sorazmerno enotna: belci, stari nad 100 let, večinoma iz razvitih zahodnih držav. Na ravni celotne človeške rase je gotovo vpliv okolja bistveno večji (podhranjenost, vojne, kužne bolezni,...).
Zanimivo je, da pri stoletnikih ni bistveno nižja prisotnost tistih genomskih polimorfizmov, ki kažejo na nagnjenost k razvoju bolezni, povezanih s starostjo, predvsem demence in krvno-žilnih bolezni. Vseeno pa se te bolezni pojavijo zelo pozno v življenju. Razlog je morda v tem, da nekateri drugi geni zavirajo razvoj bolezni do visoke starosti. Kateri geni to so in kako sodelujejo pri zagotavljanju zdravega življenja, pa je naslednje vprašanje, na katerega ne bo tako lahko odgovoriti.
Raziskava bo objavljena v reviji Science, zaenkrat pa je dostopna samo za naročnike.
Napoved temelji na sistematični analizi značilnosti genomov 1000 ljudi, ki so doživeli vsaj 100 let in so bili vključeni v Študijo stoletnikov Nove Anglije. Študijo so začeli leta 1995, ko so poskušali ugotoviti, zakaj nekateri ljudje dočakajo visoke starosti in začenjajo obolevati bistveno kasneje kot povprečen prebivalec Nove Anglije. Kasneje se je preiskava razširila na bistveno večje število stoletnikov iz različnih krajev ZDA pa tudi iz drugih držav. Razen 1600 stoletnikov obravnavajo še okrog 500 otrok teh stoletnikov in 300 kontrolnih oseb, ki predstavljajo 'povprečje'.
Iz vzorca stoletnikov so analizirali DNA 1000 ljudi in to tako, da so pri vsakem določili 300.000 posameznih nukleotidov, za katere je znano, da so polimorfni (SNP) in rezultat primerjali s kontrolno populacijo. Evidentirali so tiste SNP, ki so statistično najmočneje povezani z doseganjem visoke starosti. Nato so dodali še nekatere druge značilnosti in s tem statistično izboljšali kakovost algoritma za napoved dolgoživosti.
Ugotovili so, da je z analizo samo 150 SNP mogoče ugotoviti, ali bo nekdo lahko dočakal zelo visoko starost ali ne. Polovica teh mest v genomu je povezanih s točno določenimi geni, druga polovica pa je v delih genoma, ki ne zapisuje za proteine. Tisti polimorfizmi, ki so vezani na gene, so razporejeni na tak način, da kažejo na vključenost zelo različnih biokemijskih procesov, ki skupaj omogočajo daljše življenje brez kroničnih bolezni in doseganje višje starosti.
Kljub temu, da je algoritem za napoved dolgoživosti sorazmerno zanesljiv, je še vedno dosti stoletnikov, katerih genom nima značilnosti, ki bi kazali na to, da bi dočakali sto let ali več. Morda so to tisti, ki so poskrbeli za zdrav način življenja, lahko pa da imajo kakšno drugo genetsko značilnost, ki je tokratna analiza ni zaznala.
Glede na to, da so predhodne raziskave kazale, da je vpliv okolja na dolgoživost bistveno večji kot vpliv genov (omenjali so razmerje 3:1), se zdi nenavadno, da je bilo vseeno možno najti skupne genomske značilnosti, ki jih je mogoče povezati z dolgoživostjo. Morda je rezultat tak tudi zato, ker je bila populacija, ki so jo preiskovali, sorazmerno enotna: belci, stari nad 100 let, večinoma iz razvitih zahodnih držav. Na ravni celotne človeške rase je gotovo vpliv okolja bistveno večji (podhranjenost, vojne, kužne bolezni,...).
Zanimivo je, da pri stoletnikih ni bistveno nižja prisotnost tistih genomskih polimorfizmov, ki kažejo na nagnjenost k razvoju bolezni, povezanih s starostjo, predvsem demence in krvno-žilnih bolezni. Vseeno pa se te bolezni pojavijo zelo pozno v življenju. Razlog je morda v tem, da nekateri drugi geni zavirajo razvoj bolezni do visoke starosti. Kateri geni to so in kako sodelujejo pri zagotavljanju zdravega življenja, pa je naslednje vprašanje, na katerega ne bo tako lahko odgovoriti.
Raziskava bo objavljena v reviji Science, zaenkrat pa je dostopna samo za naročnike.
29. jun. 2010
iGEM 2010
Tekmovanje študentskih ekip iz sintezne biologije iGEM bo seveda potekalo tudi letos. Ekipe se bodo srečale med 5. in 8. novembrom na ameriški univerzi MIT. Do danes se je prijavilo 129 ekip, pri čemer so zelo enakomerno zastopane ZDA (37 ekip), Evropa (38) in Azija (38). Lani je bilo prijavljenih 111 ekip.
Do 16. julija morajo ekipe sporočiti, kaj okvirno bodo v svojih raziskavah obravnavale. Do takrat pa je mogoče videti le nekaj osnovnih podatkov samo za posamezne ekipe.
Slovensko ekipo sestavlja 8 študentov in 5 mentorjev pod vodstvom prof. Romana Jerale iz Laboratorija za biotehnologijo Kemijskega inštituta. V študentsko ekipo so se uvrstili Jure Bordon (Računalništvo in informatika), Tina Ilc (Biokemija), Matej Žnidarič (Biologija), Tina Lebar (Biotehnologija), Rok Pustoslemšek (Računalništvo in informatika), Jernej Turnšek (Biotehnologija), Tjaša Stošicki (Biotehnologija) in Nejc Tomšič (Medicina). Kot svetovalec ekipe je naveden Miha Moškon, asistent na Fakulteti za računalništvo in informatiko. Na kratke opis tematike raziskovalne naloge pa bo treba počakati vsaj še dva tedna...
Do 16. julija morajo ekipe sporočiti, kaj okvirno bodo v svojih raziskavah obravnavale. Do takrat pa je mogoče videti le nekaj osnovnih podatkov samo za posamezne ekipe.
Slovensko ekipo sestavlja 8 študentov in 5 mentorjev pod vodstvom prof. Romana Jerale iz Laboratorija za biotehnologijo Kemijskega inštituta. V študentsko ekipo so se uvrstili Jure Bordon (Računalništvo in informatika), Tina Ilc (Biokemija), Matej Žnidarič (Biologija), Tina Lebar (Biotehnologija), Rok Pustoslemšek (Računalništvo in informatika), Jernej Turnšek (Biotehnologija), Tjaša Stošicki (Biotehnologija) in Nejc Tomšič (Medicina). Kot svetovalec ekipe je naveden Miha Moškon, asistent na Fakulteti za računalništvo in informatiko. Na kratke opis tematike raziskovalne naloge pa bo treba počakati vsaj še dva tedna...
7. jun. 2010
Rastlina po vašem načrtu
Kot je na svoji spletni strani objavila revija Nature (2. junija), so na Japonskem razglasili tekmovanje iz sintezne biologije, na katerem ne bo nagrad, ne bo treba izvesti nobenega laboratorijskega poskusa, treba pa bo imeti izvirne ideje. Izhodišče je rastlina navadni repnjakovec (bolj znana pod latinskim imenom Arabidopsis thaliana), prva, ki so ji določili genomsko zaporedje in modelna laboratorijska rastlina. Praktična za delo je, ker ni velika, se dokaj hitro razvije in ima veliko število semen, sicer pa deluje zelo podobno kot ostale rastline, čeprav ima sorazmerno majhen genom.
Repnjakovec je za nebiologa neugledna in nekoristna rastlina, navaden droben plevel, čeprav raste tudi po vsej Sloveniji od nižin do gora in v resnici ne predstavlja resnega problema v kmetijstvu. Ker pa rastlino tako dobro razumemo, je bila na nek način logična ideja, da bi lahko s pristopi sintezne biologije iz tega plevela ustvarili kaj koristnega. Toda kaj?
Tekmovanje iz sintezne biologije rastlin je torej odprto in sodeluje lahko vsak... ki ima potrebno znanje iz rastlinske fiziologije, genetike, bioinformatike in genske tehnologije. Organizator tekmovanja GenoCom (genome competition) - je inštitut RIKEN. Za začetek so postavili tekmovalcem konkretno nalogo. Ta je, da določijo tista nukleotidna zaporedja, ki bi repnjakovcu omogočila, da bi odstranjeval in razgrajeval formaldehid iz zraka. Take rastline so japonski raziskovalci sicer že pripravili, so pa precej neučinkovite, zato si želijo dobiti novih idej za genetsko spreminjanje.
Po oceni inovativnosti in izvedljivosti bodo najboljše predloge (računajo, da bo inovativnih med 20 in 30 predlogov) uporabili za izvedbo eksperimentov in v resnici pripravili rastline z geni, ki jih bodo predlagali tekmovalci. Predlagana dolžina genskega vključka je 2000 baznih parov, vnaprej pa je določen tudi vektor, ki ga bodo uporabili za vnos gena v rastline.
Mislim, da je naloga precej težja kot se morda zdi na prvi pogled. Prvič, 2000 bp ne zadošča za uvedbo celotne nove razgradne poti, zato bo treba novi gen vključiti v obstoječe metabolične poti v rastlini. Drugič, sama vključitev DNA, ki zapisuje za nek encim, ne zadošča, da bi prišlo do kontroliranega izražanja tega gena in to v zadostni meri, da bi se nova lastnost tudi v resnici uveljavila. Zato pa je izziv še toliko večji...
Znana je tudi že naloga za naslednje leto: določiti gen(e), ki bi repnjakovcu omogočil(i) preživetje v sušnih pogojih.
Eden od pomembnih razlogov, da je do tekmovanja sploh prišlo, je, da se o sintezni biologiji govori že več let, oprijemljivih rezultatov pa večinoma še nismo videli. Rastline, ki bi razgrajevale formaldehid, bi lahko posadili v korita v stavbah, ki so grajene ali opremljene s pohištvom, ki vsebuje formaldehidne spojine. Te uporabljajo kot veziva, lepila ali za impregnacijo, za človekovo zdravje pa so formaldehidi nevarni. Pride lahko do draženja sluznic, razvoja alergijske reakcije, okvar dihal, razvijejo pa se lahko tudi rakave bolezni.
V naslednjem letu se obeta še eno tekmovanje iz sintezne biologije, ki pa bo namenjeno predvsem uveljavljenim raziskovalnim skupinam. To tekmovanje se imenuje s kratico CAGEN (kratica za 'kritično ovrednotenje genetsko načrtovanih mrež'), podrobnosti pa bodo znane konec letošnjega leta.
Repnjakovec je za nebiologa neugledna in nekoristna rastlina, navaden droben plevel, čeprav raste tudi po vsej Sloveniji od nižin do gora in v resnici ne predstavlja resnega problema v kmetijstvu. Ker pa rastlino tako dobro razumemo, je bila na nek način logična ideja, da bi lahko s pristopi sintezne biologije iz tega plevela ustvarili kaj koristnega. Toda kaj?
Tekmovanje iz sintezne biologije rastlin je torej odprto in sodeluje lahko vsak... ki ima potrebno znanje iz rastlinske fiziologije, genetike, bioinformatike in genske tehnologije. Organizator tekmovanja GenoCom (genome competition) - je inštitut RIKEN. Za začetek so postavili tekmovalcem konkretno nalogo. Ta je, da določijo tista nukleotidna zaporedja, ki bi repnjakovcu omogočila, da bi odstranjeval in razgrajeval formaldehid iz zraka. Take rastline so japonski raziskovalci sicer že pripravili, so pa precej neučinkovite, zato si želijo dobiti novih idej za genetsko spreminjanje.
Po oceni inovativnosti in izvedljivosti bodo najboljše predloge (računajo, da bo inovativnih med 20 in 30 predlogov) uporabili za izvedbo eksperimentov in v resnici pripravili rastline z geni, ki jih bodo predlagali tekmovalci. Predlagana dolžina genskega vključka je 2000 baznih parov, vnaprej pa je določen tudi vektor, ki ga bodo uporabili za vnos gena v rastline.
Mislim, da je naloga precej težja kot se morda zdi na prvi pogled. Prvič, 2000 bp ne zadošča za uvedbo celotne nove razgradne poti, zato bo treba novi gen vključiti v obstoječe metabolične poti v rastlini. Drugič, sama vključitev DNA, ki zapisuje za nek encim, ne zadošča, da bi prišlo do kontroliranega izražanja tega gena in to v zadostni meri, da bi se nova lastnost tudi v resnici uveljavila. Zato pa je izziv še toliko večji...
Znana je tudi že naloga za naslednje leto: določiti gen(e), ki bi repnjakovcu omogočil(i) preživetje v sušnih pogojih.
Eden od pomembnih razlogov, da je do tekmovanja sploh prišlo, je, da se o sintezni biologiji govori že več let, oprijemljivih rezultatov pa večinoma še nismo videli. Rastline, ki bi razgrajevale formaldehid, bi lahko posadili v korita v stavbah, ki so grajene ali opremljene s pohištvom, ki vsebuje formaldehidne spojine. Te uporabljajo kot veziva, lepila ali za impregnacijo, za človekovo zdravje pa so formaldehidi nevarni. Pride lahko do draženja sluznic, razvoja alergijske reakcije, okvar dihal, razvijejo pa se lahko tudi rakave bolezni.
V naslednjem letu se obeta še eno tekmovanje iz sintezne biologije, ki pa bo namenjeno predvsem uveljavljenim raziskovalnim skupinam. To tekmovanje se imenuje s kratico CAGEN (kratica za 'kritično ovrednotenje genetsko načrtovanih mrež'), podrobnosti pa bodo znane konec letošnjega leta.
1. jun. 2010
Človekov genom prišel v BTC
Končno greste lahko v Ljubljanski BTC še po kaj drugega kot zapravljat denar! V kleti Emporiuma bodo v četrtek (3. junija) ob 11. uri odprli razstavo Človeški genom, ki jo je zasnoval biokemik dr. Nejc Jelen, družba BTC pa jo je pripravila v sodelovanju s Slovensko znanstveno fundacijo. Nejca morda poznate po blogu Kavarna ob robu vesolja in po oddaji Frekvenca X na Valu 202.
Na plakatih je na poljuden in vsem razumljiv način razloženo, kaj je zapisano v človekovem genomu in kako pride do dedovanja genov in s tem do razvoja številnih človekovih lastnosti. Predstavljen bo tudi večji model molekule DNA, na ekranu pa si bo mogoče ogledati kratke animacije, povezane z raziskovanjem genoma in prenosa genetske informacije. Razstava bo odprta do jeseni in to vsak dan (razen nedelje) med 9. in 20. uro.
Od določitve človekovega genoma mineva 10 let, prihaja pa obdobje osebne genomike, ko bodo ključne genetske značilnosti vsakega posameznika vsaj v razvitem svetu del zdravstvene kartoteke (datoteke).
Na plakatih je na poljuden in vsem razumljiv način razloženo, kaj je zapisano v človekovem genomu in kako pride do dedovanja genov in s tem do razvoja številnih človekovih lastnosti. Predstavljen bo tudi večji model molekule DNA, na ekranu pa si bo mogoče ogledati kratke animacije, povezane z raziskovanjem genoma in prenosa genetske informacije. Razstava bo odprta do jeseni in to vsak dan (razen nedelje) med 9. in 20. uro.
Od določitve človekovega genoma mineva 10 let, prihaja pa obdobje osebne genomike, ko bodo ključne genetske značilnosti vsakega posameznika vsaj v razvitem svetu del zdravstvene kartoteke (datoteke).
24. maj 2010
Rojstvo Sintije
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.
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.
19. maj 2010
Naj cvetijo GS drevesa!
Kot poroča New York Times, so v ZDA odobrili sajenje gensko spremenjenih evkaliptusov. Zakaj ravno evkaliptusov? Ker gre za drevesa, ki zelo hitro rastejo, les pa je vsestransko uporaben: za različne lesne izdelke, pa tudi za pripravo celuloze in proizvodnjo papirja, v novejšem času pa tudi za biogoriva. Če uporabimo les dreves, ki hitro rastejo, rabimo manj površine gozda. Za slovenske razmere se to morda zdi nepomembno, saj imamo gozdov veliko, v mnogih delih sveta pa so gozdovi redkost - razlogov, zakaj, je veliko - zaradi erozije, neugodnih klimatskih pogojev, ker so površine posejane s poljščinami ali pa so poseljene.
Evkaliptus je sicer primeren za lesnopredelovalno industrijo, ima pa ameriški evkaliptus (E. grandis) eno slabo lastnost, to je slaba odpornost proti mrazu, zato ga ni mogoče saditi povsod; nasadi so predvsem na Floridi, drugje pa malo zaradi nevarnosti pozeb. Gensko spremenjeni evkaliptus ima vključen gen, ki drevesom omogoča preživetje tudi severneje od Floride, zdaj pa je prišel čas, ko je treba teorijo tudi dokazati.
Na 28 lokacijah s skupno površino 121 hektarov bodo v 7 zveznih državah posadili okrog 200.000 evkaliptusovih dreves. Ministrstvo za kmetijstvo je tokrat odobrila rast dreves, ne pa tudi njihovo kasnejše komercialno izkoriščanje. V razpravi so dobili več kot 12.000 pripomb nasprotnikov GS rastlin in 45 komentarjev zagovornikov, vendar so bila pisma nasprotnikov v veliki večini kopije enega samega. Po preučitvi možnih vplivov GS evkaliptusov so se v pristojnem uradu odločili, da sajenje odobrijo. Samo na eni lokaciji so določili, da drevesa ne smejo cveteti (to praktično pomeni, da bo treba cvetove potrgati, še preden se razvijejo), na ostalih 27 pa bodo smela. Dodatna genetska sprememba, ki so jo uvedli, je ta, da evkaliptusi ne bodo proizvajali peloda, kar pomeni, da ne bo moglo priti do prenosa genske spremembe na druga drevesa.
V ZDA so sicer že odobrili komercialno pridelavo papaje in sliv z GS dreves, verjetno pa ob uspešnem poteku poskusnega sajenja GS evkaliptusov lahko pričakujemo tudi dovoljenje za predelavo GS lesa.
Evkaliptuse biotehnološko razvija podjetje ArborGen, ki predstavlja tudi nekoliko razširjene podatke o svojih tehnologijah izboljšanja lastnosti evkaliptusa, pa tudi drugih drevesnih vrst.
GS evkaliptus izhaja iz hibrida E. grandis x E. urophylla, ki ima vključenih več genetskih sprememb. Selekcijski marker je gen za odpornost proti kanamicinu. Preživetje nenadnih zmrzali mu omogoča gen za transkripcijski faktor CBF pod kontrolo promotorja, ki ga aktivira mraz. CBF nato pospešuje prepisovanje genov za proteine, ki zagotavljajo odpornost proti pozebam. Naslednja genetska sprememba je moška sterilnost, ki jo zagotavlja gen za bakterijsko ribonukleazo barnazo. Da bi bil evkaliptusov les bolj uporaben za proizvodnjo biogoriva, pa so vanj vključili še nekatere gene, ki povzročijo spremembo v zgradbi lignina. natančnejših podatkov, kako so to izvedli, ni mogoče dobiti. Gre torej za rastline, ki imajo vključenih bistveno več genetskih sprememb kot številne poljščine, ki jih trenutno sejejo za hrano, krmo ali za industrijsko predelavo.
Podatke o konstruktih sem povzel iz informacije nasprotnikov GS rastlin.
Evkaliptus je sicer primeren za lesnopredelovalno industrijo, ima pa ameriški evkaliptus (E. grandis) eno slabo lastnost, to je slaba odpornost proti mrazu, zato ga ni mogoče saditi povsod; nasadi so predvsem na Floridi, drugje pa malo zaradi nevarnosti pozeb. Gensko spremenjeni evkaliptus ima vključen gen, ki drevesom omogoča preživetje tudi severneje od Floride, zdaj pa je prišel čas, ko je treba teorijo tudi dokazati.
Na 28 lokacijah s skupno površino 121 hektarov bodo v 7 zveznih državah posadili okrog 200.000 evkaliptusovih dreves. Ministrstvo za kmetijstvo je tokrat odobrila rast dreves, ne pa tudi njihovo kasnejše komercialno izkoriščanje. V razpravi so dobili več kot 12.000 pripomb nasprotnikov GS rastlin in 45 komentarjev zagovornikov, vendar so bila pisma nasprotnikov v veliki večini kopije enega samega. Po preučitvi možnih vplivov GS evkaliptusov so se v pristojnem uradu odločili, da sajenje odobrijo. Samo na eni lokaciji so določili, da drevesa ne smejo cveteti (to praktično pomeni, da bo treba cvetove potrgati, še preden se razvijejo), na ostalih 27 pa bodo smela. Dodatna genetska sprememba, ki so jo uvedli, je ta, da evkaliptusi ne bodo proizvajali peloda, kar pomeni, da ne bo moglo priti do prenosa genske spremembe na druga drevesa.
V ZDA so sicer že odobrili komercialno pridelavo papaje in sliv z GS dreves, verjetno pa ob uspešnem poteku poskusnega sajenja GS evkaliptusov lahko pričakujemo tudi dovoljenje za predelavo GS lesa.
Evkaliptuse biotehnološko razvija podjetje ArborGen, ki predstavlja tudi nekoliko razširjene podatke o svojih tehnologijah izboljšanja lastnosti evkaliptusa, pa tudi drugih drevesnih vrst.
GS evkaliptus izhaja iz hibrida E. grandis x E. urophylla, ki ima vključenih več genetskih sprememb. Selekcijski marker je gen za odpornost proti kanamicinu. Preživetje nenadnih zmrzali mu omogoča gen za transkripcijski faktor CBF pod kontrolo promotorja, ki ga aktivira mraz. CBF nato pospešuje prepisovanje genov za proteine, ki zagotavljajo odpornost proti pozebam. Naslednja genetska sprememba je moška sterilnost, ki jo zagotavlja gen za bakterijsko ribonukleazo barnazo. Da bi bil evkaliptusov les bolj uporaben za proizvodnjo biogoriva, pa so vanj vključili še nekatere gene, ki povzročijo spremembo v zgradbi lignina. natančnejših podatkov, kako so to izvedli, ni mogoče dobiti. Gre torej za rastline, ki imajo vključenih bistveno več genetskih sprememb kot številne poljščine, ki jih trenutno sejejo za hrano, krmo ali za industrijsko predelavo.
Podatke o konstruktih sem povzel iz informacije nasprotnikov GS rastlin.
Naročite se na:
Objave (Atom)