Un grup de 150 de experți invitați s-au întâlnit săptămâna trecută la Harvard. În spatele ușilor închise, au discutat despre perspectivele de proiectare și construire a unui întreg genom uman de la zero folosind doar un computer, un sintetizator ADN și materii prime. Un genom artificial va fi apoi introdus într-o celulă umană vie pentru a înlocui ADN-ul său natural. Speranța este că celula va „reporni”, își va schimba procesele biologice pentru a funcționa pe baza instrucțiunilor furnizate de ADN-ul artificial.
Cu alte cuvinte, s-ar putea să vedem în curând prima „celulă umană artificială”.
Dar scopul nu este pur și simplu să creăm Human 2.0. Prin acest proiect, HGP-Write: Testarea genomilor sintetici mari în celule, oamenii de știință speră să dezvolte instrumente avansate și puternice care să propulseze biologia sintetică spre o creștere industrială exponențială. Dacă vom avea succes, nu vom achiziționa numai instrumente biologice pentru proiectarea oamenilor ca specie: vom putea reface lumea vie.
Crearea vieții
Biologia sintetică este în esență o căsătorie între principiile ingineriei și biotehnologiei. În timp ce secvențierea ADN-ului este despre citirea ADN-ului, ingineria genetică este despre editarea ADN-ului, iar biologia sintetică este despre programarea unui ADN nou, indiferent de sursa sa originală, pentru a crea noi forme de viață.
Biologii sintetici văd ADN-ul și genele ca elemente de construcție biologice standard care pot fi utilizate după bunul plac pentru a crea și modifica celulele vii.
Video promotional:
Există conceptul de designer în acest domeniu, spune dr. Jay Keesling, un pionier în ingineria sintetică la Universitatea din California, Berkeley. „Când discul tău moare, poți să mergi la cel mai apropiat magazin de computere, să cumperi unul nou, să îl înlocuiești pe cel vechi”, spune el. "De ce nu folosim părți biologice în același mod?"
Pentru a accelera progresul în acest domeniu, Kisling și colegii săi realizează o bază de date cu bucăți standardizate de ADN - numite BioBricks („biobricks”). Poate fi folosit ca piese de puzzle pentru a aduna material genetic niciodată văzut în natură.
Pentru Kisling și alții din domeniu, biologia sintetică este ca dezvoltarea unui nou limbaj de programare. Celulele sunt hardware, hardware, în timp ce ADN-ul este un software care le face să funcționeze. Având suficiente cunoștințe despre modul în care funcționează genele, biologii sintetici speră să poată scrie programe genetice de la zero, să creeze noi organisme, să schimbe natura și chiar să direcționeze evoluția umană într-o nouă direcție.
Similar cu ingineria genetică, biologia sintetică oferă oamenilor de știință posibilitatea de a experimenta ADN-ul natural. Diferența de scară: editarea genelor este un proces de tăiere / lipire care adaugă gene noi sau modifică literele din genele existente. Uneori nu se schimbă prea mult.
Biologia sintetică, pe de altă parte, creează gene de la zero. Acest lucru oferă oamenilor de știință mai mult spațiu pentru a modifica genele cunoscute sau chiar să le creeze pe ale lor. Posibilitățile sunt aproape nelimitate.
Biomedicale, biocombustibili, biocombustibili
Explozia biologiei sintetice din ultimii zece ani a produs deja rezultate care i-au încântat pe oameni de știință și corporații deopotrivă. În 2003, Keesling a publicat unul dintre primele studii care demonstrează și demonstrează puterea acestei abordări. S-a concentrat pe o substanță chimică numită artemisinin, un puternic medicament antimalaric extras din pelin dulce (pelin).
În ciuda numeroaselor încercări de a cultiva această plantă, randamentul acesteia rămâne extrem de redus.
Kisling a realizat că biologia sintetică a oferit o modalitate de a ocoli cu totul procesul de recoltare. Prin introducerea genelor necesare în celulele bacteriene, a argumentat el, puteți transforma aceste celule în mașini pentru producerea artemisininei și furnizați pe cheltuiala lor o nouă sursă abundentă de medicament.
A fost foarte greu de făcut. Oamenii de știință au trebuit să construiască o cale metabolică complet nouă în celulă, permițându-i să proceseze substanțe chimice pe care nu le cunoștea înainte. Prin încercări și erori, oamenii de știință au lipit împreună zeci de gene din mai multe organisme într-un singur pachet de ADN. Prin introducerea acestei pungă în E. coli - bacteria E. coli este frecvent utilizată în laborator pentru a produce substanțe chimice - au creat o nouă cale pentru bacterie care i-a permis să secrete artemisinină.
Strângând puțin mai mult nucile necesare, Kisling și echipa sa au reușit să crească producția de un milion de ori și să reducă de zece ori prețul medicamentului.
Artemisinin a fost doar primul pas într-un program uriaș. Acest medicament este o hidrocarbură care aparține unei familii de molecule utilizate în mod obișnuit pentru fabricarea biocombustibililor. De ce să nu aplicăm același proces la producția de biocombustibili? Prin înlocuirea genelor pe care bacteriile le-au folosit pentru a produce artemisinina cu gene pentru producerea de hidrocarburi cu biocombustibili, oamenii de știință au fabricat deja mulți microbi care transformă zahărul în combustibil.
Industria agricolă este o altă industrie care poate beneficia enorm de la biologia sintetică. În teorie, am putea lua genele responsabile de fixarea azotului în bacterii, le putem introduce în celulele culturii noastre și le putem inversa complet procesul de creștere naturală. Cu combinația potrivită de gene, am putea crește o cultură cu un spectru complet de nutrienți care necesită mai puțină apă, teren, energie și îngrășăminte.
Biologia sintetică ar putea fi aplicată producției de alimente complet noi, cum ar fi parfumurile prin fermentarea brânzeturilor modificate de drojdie sau vegane și a altor produse lactate create fără ajutorul animalelor.
„Trebuie să reducem emisiile de carbon și poluanți, să folosim mai puțin pământ și apă, să controlăm dăunătorii și să îmbunătățim fertilitatea solului”, a spus dr. Pamela Ronald, profesor la Universitatea din California, Davis. Biologia sintetică ne poate oferi instrumentele de care avem nevoie.
Recreând viața
Exersează deoparte! Unul dintre obiectivele finale ale biologiei sintetice este crearea unui organism sintetic realizat exclusiv din ADN special conceput.
Principalul obstacol este acum tehnologia. Sinteza ADN-ului este în prezent foarte costisitoare, lentă și predispusă la erori. Majoritatea metodelor existente fac posibilă realizarea unui fir ADN lung de 200 de litere; genele normale sunt de zece ori mai lungi. Genomul uman conține aproximativ 20.000 de gene care produc proteine. Dar costul sintezei ADN a scăzut rapid în ultimul deceniu.
Potrivit doctorului Drew Andy, genetician la Universitatea Stanford, costul secvențierii unei singure litere a scăzut de la 4 dolari în 2003 la 3 cenți astăzi. Costul estimat al tipăririi tuturor celor 3 miliarde de litere ale genomului uman de astăzi este de 90 de milioane de dolari, dar se așteaptă să scadă la 100.000 de dolari pe parcursul a 20 de ani dacă tendința rămâne aceeași.
În anii 90, Craig Venter, cunoscut pentru rolul său principal în secvențierea genomului uman, a început să caute setul minim de gene necesare creării vieții. Împreună cu colegii de la Institutul pentru Cercetări Genomice, Venter a eliminat genele din bacteria Mycoplasma genitalium pentru a le identifica pe cele critice pentru viață.
În 2008, Venter a reunit aceste „gene critice” și a asamblat un nou genom „minim” dintr-un bulion de substanțe chimice utilizând sinteza ADN-ului.
Câțiva ani mai târziu, Venter a transplantat un genom artificial într-o a doua bacterie. Genele au prins rădăcini și au „repornit” celula, permițându-i să crească și să se reproducă singure - a fost primul organism cu un genom complet artificial.
De la bacterii la oameni
Dacă noua întreprindere obține finanțare, va replica experimentele lui Venter folosind propriul nostru genom. Având în vedere că genomul uman este de aproximativ 5.000 de ori mai mare decât bacteriile Venter, este greu de spus cât de dificilă ar putea fi această sinteză.
Chiar dacă orice altceva eșuează, industria va câștiga o experiență valoroasă. Potrivit dr. George Church, genetician principal la Școala de Medicină Harvard, acest proiect ar putea deschide progrese tehnologice care ne vor îmbunătăți propria capacitate de a sintetiza fire lungi de ADN. Church chiar subliniază că scopul principal al proiectului este dezvoltarea tehnologiei.
Cu toate acestea, întâlnirea oamenilor de știință a provocat mult scepticism. Oricum ar fi, acest proiect ar putea duce într-o bună zi la crearea „bebelușilor de designer” sau chiar a oamenilor. Părinții unor astfel de oameni pot fi computere. Este ușor să vă imaginați un astfel de viitor, dar este înfricoșător: cât de sigur este să manipulați direct sau să creați viață? Cine va deține această tehnologie? Ce să faci cu o viață care sa dovedit a fi nereușită? Toate acestea nu vor crea discriminare și inegalități?
ILYA KHEL
