Minulý týden se na Harvardu setkala skupina 150 pozvaných odborníků. Za zavřenými dveřmi diskutovali o perspektivách navrhování a budování celého lidského genomu od nuly, pouze s použitím počítače, syntetizátoru DNA a surovin. Umělý genom bude poté zaveden do živé lidské buňky, aby nahradil její přirozenou DNA. Doufáme, že se buňka „restartuje“a změní své biologické procesy tak, aby fungovaly na základě pokynů poskytnutých umělou DNA.
Jinými slovy, brzy se můžeme dočkat první „umělé lidské buňky“.
Cílem však není jednoduše vytvořit Human 2.0. Prostřednictvím tohoto projektu HGP-Write: Testování velkých syntetických genů v buňkách vědci doufají, že vyvinou špičkové a výkonné nástroje, které budou pohánět syntetickou biologii k exponenciálnímu průmyslovému růstu. Budeme-li úspěšní, získáme nejen biologické nástroje k navrhování lidí jako druhů: budeme schopni předělat živý svět.
Stvoření života
Syntetická biologie je v zásadě manželstvím mezi principy inženýrství a biotechnologie. Zatímco sekvenování DNA je o čtení DNA, genetické inženýrství je o editaci DNA a syntetická biologie je o programování nové DNA, bez ohledu na její původní zdroj, za účelem vytváření nových forem života.
Syntetičtí biologové považují DNA a geny za standardní biologické stavební kameny, které lze libovolně použít k vytvoření a úpravě živých buněk.
Propagační video:
V této oblasti existuje koncept designéra, říká Dr. Jay Keesling, průkopník syntetického inženýrství na Kalifornské univerzitě v Berkeley. "Když váš pevný disk zemře, můžete jít do nejbližšího obchodu s počítači, koupit nový a vyměnit starý," říká. „Proč nepoužíváme biologické části stejným způsobem?“
K urychlení pokroku v této oblasti sestavuje Kisling a jeho kolegové databázi standardizovaných kousků DNA - BioBricks. Lze jej použít jako dílky ke shromažďování genetického materiálu, který v přírodě nikdy neviděl.
Pro Kislinga a další v této oblasti je syntetická biologie jako vývoj nového programovacího jazyka. Buňky jsou hardware, hardware, zatímco DNA je software, díky kterému fungují. S dostatkem znalostí o tom, jak fungují geny, syntetičtí biologové doufají, že budou schopni psát genetické programy od nuly, vytvářet nové organismy, měnit přírodu a dokonce řídit evoluci člověka novým směrem.
Podobně jako genetické inženýrství, syntetická biologie dává vědcům příležitost experimentovat s přírodní DNA. Scale Difference: Gene editing is a cut / paste process that adds new genes or changes letters in existing genes. Někdy se toho moc nezmění.
Syntetická biologie na druhé straně vytváří geny od nuly. To dává vědcům větší prostor pro úpravu známých genů nebo dokonce pro vytváření jejich vlastních. Možnosti jsou téměř nekonečné.
Biomedicíny, biopaliva, bioplodiny
Exploze syntetické biologie za posledních deset let již přinesla výsledky, které nadchly vědce i korporace. V roce 2003 publikoval Kisling jednu z prvních studií, která prokázala a prokázala sílu tohoto přístupu. Zaměřila se na chemickou látku zvanou artemisinin, silný lék proti malárii extrahovaný ze sladké paliny (pelyněk).
Přes četné pokusy o pěstování této rostliny zůstává její výnos extrémně nízký.
Kisling si uvědomil, že syntetická biologie nabízí způsob, jak úplně obejít proces sklizně. Uvědomil si, že zavedením nezbytných genů do bakteriálních buněk můžete tyto buňky přeměnit na stroje na produkci artemisininu a na jejich náklady poskytnout nový hojný zdroj léčiva.
To bylo velmi obtížné. Vědci potřebovali v buňce vybudovat zcela novou metabolickou cestu, která by jí umožnila zpracovávat chemikálie, které předtím neznala. Vědci pomocí pokusů a omylů spojili desítky genů z různých organismů do jednoho balíčku DNA. Vložením tohoto vaku do E. coli - bakterie E. coli se běžně používá v laboratoři k výrobě chemikálií - vytvořili novou cestu pro bakterii, která jí umožňovala vylučovat artemisinin.
Tím, že Kisling a jeho tým ještě trochu utáhli potřebné ořechy, se podařilo milionkrát zvýšit produkci a desetkrát snížit cenu léku.
Artemisinin byl jen prvním krokem v obrovském programu. Tento lék je uhlovodík, který patří do rodiny molekul běžně používaných k výrobě biopaliv. Proč nepoužít stejný postup na výrobu biopaliv? Tím, že vědci nahradili geny, které bakterie používaly k výrobě artemisininu, geny pro výrobu uhlovodíků z biopaliv, již vyrobili mnoho mikrobů, které přeměňují cukr na palivo.
Zemědělský průmysl je dalším průmyslovým odvětvím, které může nesmírně těžit ze syntetické biologie. Teoreticky bychom mohli vzít geny odpovědné za fixaci dusíku v bakteriích, vložit je do buněk naší kultury a úplně zvrátit jejich přirozený růstový proces. Se správnou kombinací genů bychom mohli pěstovat plodinu s celým spektrem živin, která vyžaduje méně vody, půdy, energie a hnojiv.
Syntetickou biologii lze použít při výrobě zcela nových potravin, jako jsou vůně fermentací modifikovaných kvasnic nebo veganských sýrů a jiných mléčných výrobků vytvořených bez pomoci zvířat.
"Musíme snížit emise uhlíku a znečišťujících látek, využívat méně půdy a vody, kontrolovat škůdce a zlepšit úrodnost půdy," uvedla profesorka Pamela Ronaldová z Kalifornské univerzity v Davisu. Syntetická biologie nám může poskytnout nástroje, které potřebujeme.
Obnova života
Cvičte stranou! Jedním z hlavních cílů syntetické biologie je vytvořit syntetický organismus vyrobený výhradně ze speciálně navržené DNA.
Hlavní překážkou je nyní technologie. Syntéza DNA je v současné době velmi nákladná, pomalá a náchylná k chybám. Většina stávajících metod vám umožňuje vytvořit řetězec DNA dlouhý 200 písmen; normální geny jsou desetkrát delší. Lidský genom obsahuje asi 20 000 genů, které produkují proteiny. Ale náklady na syntézu DNA v posledním desetiletí rychle klesaly.
Podle dr. Drewa Andyho, genetika na Stanfordské univerzitě, náklady na sekvenování jednoho písmene klesly ze 4 $ v roce 2003 na 3 centy dnes. Odhadované náklady na tisk všech 3 miliard písmen lidského genomu jsou dnes 90 milionů $, ale pokud se trend nezmění, očekává se pokles za 20 let na 100 000 $.
V 90. letech začal Craig Venter, známý svou vedoucí rolí v sekvenování lidského genomu, hledat minimální sadu genů potřebných k vytvoření života. Spolu s kolegy z Institutu pro genomický výzkum odstranil Venter geny z bakterie Mycoplasma genitalium, aby identifikoval ty, které jsou životně důležité.
V roce 2008 Venter spojil dohromady tyto „kritické geny“a sestavil nový „minimální“genom z chemického bujónu pomocí syntézy DNA.
O několik let později Venter transplantoval umělý genom do druhé bakterie. Geny se zakořenily a „restartovaly“buňku, což jí umožnilo růst a reprodukovat se - byl to první organismus se zcela umělým genomem.
Od bakterií po člověka
Pokud nový podnik získá financování, bude replikovat Venterovy experimenty pomocí našeho vlastního genomu. Vzhledem k tomu, že lidský genom je asi 5 000krát větší než Venterovy bakterie, je těžké říci, o kolik obtížnější by tato syntéza mohla být.
I když selže všechno ostatní, průmysl získá cenné zkušenosti. Podle Dr. George Churche, vedoucího genetika na Harvardské lékařské fakultě, může tento projekt otevřít technologický pokrok, který zlepší naši vlastní schopnost syntetizovat dlouhé řetězce DNA. Church dokonce zdůrazňuje, že hlavním cílem projektu je vývoj technologií.
Setkání vědců však způsobilo velkou skepsi. Tento projekt však jednoho dne může vést k vytvoření „návrhářských dětí“nebo dokonce lidí. Rodiče takových lidí mohou být počítače. Je snadné si představit takovou budoucnost, ale je to děsivé: Jak bezpečné je přímo manipulovat nebo vytvářet život? Kdo bude vlastnit tuto technologii? Co dělat se životem, který se ukázal jako neúspěšný? Nezpůsobí to všechno diskriminaci a nerovnost?
ILYA KHEL