Walka z rakiem, produkcja energii, oczyszczanie atmosfery – to zadania, jakie już dawno
postawili naukowcy przed sztucznymi organizmami. Właśnie takie powstają
Trudno byłoby znaleźć dziś genetyka bardziej znanego i bardziej kontrowersyjnego niż Craig Venter. Świat usłyszał o nim po raz pierwszy pod koniec XX wieku, gdy zaangażował się w odczytywanie ludzkiego genomu. Kierowana przez niego prywatna firma Celera Genomics robiła to szybciej i sprawniej niż instytucje rządowe, ale w celach komercyjnych. Od tamtej pory Venter bezustannie grzebie w DNA różnych istot żywych i co jakiś czas ogłasza światu kolejne odkrycie.
CO BY TU JESZCZE UCIĄĆ…
Zadanie pozornie wydaje się banalne. Od dawna wszak wiadomo, że DNA jest zbudowane z czterech podstawowych „cegiełek”, odpowiednia ich sekwencja tworzy gen, czyli przepis na produkcję białek, a różne odmiany tychże białek są elementami składowymi każdej żywej istoty. Znamy szczegółowe sekwencje dziesiątek tysięcy genów i wiemy, jakie białka powstają w komórkach. Nie wiemy jednak, w jaki sposób ich połączenie daje w efekcie żywy organizm. Sytuacja ta przypomina gigantyczne, rozsypane puzzle – mamy mnóstwo elementów, wiemy, jak wygląda docelowy obraz, ale poukładać to wszystko… Venter postanowił rozwiązać problem nieszablonowo – zamiast układać, woli demontować istniejące puzzle kawałek po kawałku.
Materiałem wyjściowym jest mikrob zaliczany do rodzaju mikoplazm, prymitywny nawet jak na bakterię: nie wytwarza ściany komórkowej i ma zaledwie ok. 500 genów (dla porównania – człowiek ma ich 20 tys., a wcale nie jest w tej dziedzinie rekordzistą). Badacze próbują pozbawiać go po kolei różnych genów i sprawdzać, czy przeżyje ten zabieg. Jeśli tak – wycinają następny kawałek DNA. W ten sposób mają nadzieję doprowadzić do uzyskania tzw. genomu minimalnego – najmniejszego zestawu niezbędnego do samodzielnego życia komórki. Według dzisiejszych szacunków, będzie on liczył mniej niż 400 genów. Taki zestaw łatwo już będzie przeanalizować, wytworzyć sztucznie w warunkach laboratoryjnych i zacząć udoskonalać, a potem wszczepić do „wypatroszonej” komórki… Tak powstaną bakterie ze wzbogaconym „oprogramowaniem” – twór niespotykany dotąd w naturze, a więc w pełni zasługujący na miano syntetycznego. Stąd wymyślona już dla niego nazwa: synthia. Oczywiście Venter nie chce robić tego wszystkiego dla zabawy. Sztuczne mikroby mają wykonywać ściśle określone zadania: nie tylko produkować cząsteczki leków (bo to potrafią współczesne organizmy modyfikowane genetycznie), ale też na przykład wytwarzać na wielką skalę ekologiczne paliwo, takie jak wodór, lub pochłaniać produkowany przez naszą cywilizację dwutlenek węgla, odpowiedzialny za globalne ocieplenie klimatu. Nic dziwnego, że kontrowersyjny genetyk już zapowiada, że opatentuje minimalny genom – a więc w pewnym sensie będzie miał prawa autorskie do życia!
KREATORZY PRZYRODY
W ciągu ostatnich lat uczeni dowiedli, że potrafią już syntetyzować proste wirusy, takie jak polio czy bakteriofag Phi-X174. Jednak trudno uznać to za kreowanie życia, skoro mikroby te nie potrafią egzystować samodzielnie. Co innego bakterie. Badane przez zespół Ventera mikoplazmy dają się nawet we znaki ludziom: jedna z nich wywołuje atypowe zapalenie płuc (Mycoplasma pneumoniae), druga – schorzenia zapalne dróg moczowych (Mycoplasma genitalium). Nic więc dziwnego, że pojawiają się już obawy co do konsekwencji grzebania w DNA mikrobów. Nietrudno sobie wyobrazić, do czego wykorzystaliby to wojskowi…
Jednak przyjęta przez Ventera metoda nie jest jedyną, która może okazać się skuteczna. Część uczonych postanowiła budować proste mikroorganizmy od podstaw. Dr Giovanni Murtas z Centrum Enrico Fermiego na Universita degli Studi Roma Tre przeprowadził syntezę białek w liposomach – pęcherzykach przypominających komórki. Co prawda musiał posłużyć się gotowymi komponentami wyizolowanymi z bakterii Escherichia coli, ale kluczowy dla życia proces trwał w warunkach laboratoryjnych przez kilka godzin. „Mamy już wstępne plany sztucznej komórki. Jej stworzenie nie będzie wymagało żadnej zaawansowanej technologii. Wystarczy zainwestować 10 mln dolarów, żeby osiągnąć ten cel” – uważa prof. George Church z Harvard University, który też zajmuje się badaniami w tej dziedzinie. Jednocześnie zaczyna rozkwitać również dyscyplina zwana biologią syntetyczną albo – bardziej modnie – biohackingiem. Zajmują się nią często informatycy, którzy „przekwalifikowali się” na biologów i traktują istniejące już żywe komórki jak urządzenia elektroniczne: próbują łączyć ze sobą elementy różnych „konstrukcji” i sprawdzają, co z tego wychodzi. Na razie oczywiście niewiele, ale naukowcy są przekonani, że przyszłość biotechnologii należy do tego właśnie kierunku badań.
KOMÓRKA PRAOJCA
Potencjalnych zastosowań dla sztucznego życia wymyślono już niemało. Od lat naukowcy usiłują wyprodukować tani lek na malarię. Mogłaby nim być artemizyna, wytwarzana z bylicy piołunu, ale jej masowa produkcja jest nieopłacalna. Jay Keasling, inżynier chemik z University of Berkeley, chce wyprodukować nowy szczep drożdży, który zamiast alkoholu syntetyzowałby cząsteczki leku. Sekret tkwi w opracowanym przez niego zestawie 12 genów – nowym „oprogramowaniu” dla mikrobów. Keasling zapowiada zakończenie prac na 2009 r. i być może nie są to puste przechwałki.
W projekt uwierzył m.in. sam Bill Gates, którego fundacja przeznaczyła na ten cel 42 mln dolarów. Z kolei Christopher Voigt z University of California i Christina Smolke z Caltech rozpoczynają właśnie pracę nad stworzeniem mikroorganizmów, które wprowadzone do ludzkiego krwiobiegu będą walczyć z rakiem. Jeden ich rodzaj ma „tropić” komórki nowotworowe, drugi – atakować je, trzeci będzie wytwarzać toksyczne związki do walki z guzem, a czwarty pozostanie w organizmie na wypadek nawrotu choroby. Takie drobnoustroje mogą również monitorować poziom cholesterolu lub glukozy we krwi. Oprócz aspektu komercyjnego badania te mogą też przynieść odpowiedź na jedną z największych zagadek współczesnej nauki – skąd wzięło się życie na Ziemi? Po pierwszych żywych komórkach nie został żaden ślad w skamieniałościach. Wiemy tylko, że pojawiły się na naszej planecie ok. 4 mld lat temu. Być może więc niedługo uda nam się poznać naszych najstarszych prapraprzodków – kiedy sami stworzymy ich na nowo w laboratoriach.
Robert Gontarek, Jan Stradowski