Vědci se dlouho zajímali: mohou vytvořit plnohodnotnou syntetickou formu života? Biolog Anthony José představil koncept buněčného kódu, jehož znalost je nezbytná pro získání umělého organismu.
V současné době vědci právě začali vyrábět umělé formy života opětovným sestavováním genomů jednobuněčných mikroorganismů. Zejména v březnu loňského roku se v jedné ze specializovaných publikací objevil článek, ve kterém vědci popsali proces vytváření bakterie mykoplazmy s minimálním možným počtem genů. K dosažení požadovaného výsledku vědci střídavě vkládali fragmenty změněného genomu, který byl téměř o polovinu menší než originál, do buňky příjemce se zničenou DNA.
Letos se americkým vědcům z Johns Hopkins University podařilo získat kvasinky s umělými chromozomy, ze kterých byly odstraněny zbytečné a defektní geny. Vědcům se navíc podařilo prolomit genetický kód změnou tripletů proteinů TAG na TAA. Díky tomu se organismy zbavily extra fragmentu, který sloužil kodonům TAG.
Zatímco někteří vědci se snaží vytvořit jednobuněčné organismy bez genetických nečistot, současně se jiní vědci snaží provést změny ve způsobu kódování proteinů sekvencí DNA. V tuto chvíli je pokrok v tomto směru více než skromný. Málo, co bylo učiněno, je diverzifikace abecedy DNA. Ke čtyřem již existujícím nukleotidovým písmenům bylo přidáno několik písmen. Jeden z vědeckých článků popisuje, jak se mezinárodní skupině vědců podařilo vložit umělé nukleotidy Y, X do genomu E. coli. Navzdory skutečnosti, že se něco podobného dělo dříve, vědcům se podařilo zajistit, aby si bakterie ve své DNA ponechaly syntetickou část, ale zatímco se úspěšně vyvíjí.
Je to však jen první krok k plnohodnotnému umělému organismu. V dalším kroku mají vědci v úmyslu vytvořit umělé nukleotidy kódující aminokyseliny. V E. coli byly syntetické proteiny Y, X umístěny do bezpečné části genomu, mimo kódující sekvence genů. Jinak by nové peptidy jednoduše narušily proces syntézy proteinů. Buňka prostě nevěděla, za kterou aminokyselinu je odpovědný ten či onen kodon (YGC nebo ATX). Biologové ještě nevytvořili novou transportní RNA, která by byla schopná takové triplety rozpoznat a vložit určitou aminokyselinu do rostoucí peptidové sekvence.
Ale i za takových podmínek lze takový organismus stěží nazvat umělým. Vědci zároveň chápou, jaké budou jejich další akce. Syntetický organismus přijme nejen nové nukleotidy, ale také nové aminokyseliny, které se buď vůbec nevyskytují, nebo jsou uvnitř buňky extrémně vzácné. Vědci si dobře uvědomují, že všechny triplety nukleotidů jsou kódovány pouze dvaceti standardními aminokyselinami. Některé další aminokyseliny, včetně selenocysteinu, mohou být zabudovány do proteinu za určitých podmínek. Díky dalším písmenům genetického kódu bude možné obohatit protein a vytvořit kodony, které budou odpovídat novým aminokyselinám.
Navzdory skutečnosti, že syntetická biologie dosáhla určitého pokroku, vědci stále přesně nevědí, jaké informace jsou důležité pro získání organismu s danými vlastnostmi. Sekvence DNA je pouze výchozím bodem. Všechny buňky rostliny nebo zvířete obsahují stejný genom, ale v průběhu vývoje organismů jsou buňky vymezeny, jinými slovy, plní různé funkce. V tomto procesu hraje důležitou roli sekundární (tzv. Epigenetická) regulace, během níž jsou určité geny vypnuty nebo aktivovány sloučeninami. Nakonec se jedna buňka může transformovat na fibroblast a další na neuron.
Anthony José, biolog z University of Maryland, studuje, jak negenetické informace definují organismus. Výzkumník navrhl koncept buněčného kódu, který je uzavřen v biologických molekulách umístěných v trojrozměrném prostoru. Tyto molekuly jsou potřebné k obnově zbytku organismu. K uložení těchto informací nejsou potřeba všechny buňky komplexního organismu, stačí několik nebo dokonce jedna buňka. Pro organismy, které se pohlavně rozmnožují, je takovým úložištěm zygota (jedná se o buňku, která se vytvoří po oplodnění ženské gamety spermatem).
Propagační video:
Podle výzkumníka je za účelem dešifrování buněčného kódu nutné studovat celý cyklus rekonstrukce organismu. Jinými slovy je nutné považovat vývoj živého organismu a jeho reprodukci za jediný proces. Abychom plně pochopili, jak to funguje, nestačí dešifrovat DNA.
Během tvorby zygoty je tvorba nového organismu ovlivněna nejen DNA získanou z oocytů a spermií, ale také cytoplazmou gamety. Látky, které se hromadí během zrání gamet (mRNA, proteiny, transkripční faktory), mohou způsobit mateřský účinek. Jsou přítomny v raných fázích vývoje embrya a jsou dokonce schopné je zabít (to je typické pro brouky Mayové). Určitou roli hraje také prostorová struktura těchto látek. Zejména vytvářejí osy těla u hmyzu a určují zvlnění mušlí u měkkýšů.
Vědec navrhne následující schéma: buňka, která má biologické makromolekuly a další sloučeniny, v procesu interakce s živinami, signálních molekul a teploty (tj. Vnějších faktorů) jde do jiného stavu, který zase ovlivňuje životní prostředí. Podobným způsobem prochází celý systém určitým počtem cyklů a hromadí nové látky. Nová fáze závisí na předchozí, takže ji lze předvídat.
Jose je znepokojen tím, že biologové stále neznají celý buněčný kód nejjednoduššího organismu, ale přesto při práci s DNA již začali vytvářet polo umělou formu života. Podle výzkumníka takové manipulace s genetickým materiálem připomínají v některých mechanismech výměnu dílů, takže mohou být z hlediska etiky velmi riskantní.
Aby rozluštil buněčný kód, biolog navrhuje porovnat vnitřní vlastnosti zygotů v sérii generací nejjednodušších mikroorganismů, například jednobuněčných řas. Pro tyto účely mohou být také vhodné semi-umělé bakterie s minimálním genomem. Studiem otcovského nebo mateřského účinku bude možné stanovit významné vnější faktory. A studium prostorového uspořádání důležitých molekul lze provádět pomocí systematické biochemické a molekulární analýzy pomocí fluorescenčních molekul.