2016 májusában mintegy 150, csak meghívottakból álló szakértői társaság tartott bizalmas tanácskozást a Harvardon. Zárt ajtók mögött vitatták meg annak kilátásait, hogy csupán számítógép, DNS-szintetizáló és a szükséges nyersanyagok használatával megterveznek és felépítenek egy teljes humán genomot.

Mesterséges DNS

A művi genomot ezután behelyeznék egy élő emberi sejtbe, hogy helyettesítsék annak természetes DNS-ét. Mindettől azt remélik, hogy a sejt „újraindul”, és biológiai folyamatai a mesterséges DNS-től kapott utasítások szerint kezdenek működni.

De a cél nem csupán egy Human 2.0. A "Human Genom Project Write" olyan új eszközöket is szeretne kifejleszteni, amelyek a szintetikus biológia ipari méretekben zajló exponenciális növekedését indíthatják el.

Életet gyártani

A szintetikus biológia a mérnöki elveket házasítja össze a biotechnológiával. Ha a DNS-szekvenálás lényege a DNS olvasása, a génmérnökségé a DNS szerkesztése, a szintetikus biológia arról szól, hogy új DNS-t programozunk – tekintet nélkül annak forrására –, s hogy az élet új formáit hozzuk létre.

Harvard Egyetem

A szintetikus biológia művelői a DNS-t és a géneket élő sejtek létrehozására, valamint módosítására használható, egymással kicserélhető, standard biológiai építőkockáknak tekintik.

Ezen a területen a plug-and-play elve érvényesül, állítja Jay Kiesling, a szintetikus mérnöktudomány egyik úttörője (Kaliforniai Egyetem, Berkeley). „Ha az Ön gépén elromlik a merevlemez, Ön elmegy a legközelebbi számítógép-boltba, vesz egy újat, és kicseréli – mondja. – Miért ne használhatnánk ugyanígy biológiai alkatrészeket is?”

Jay Kiesling

Kiesling és kollégái jelenleg olyan standardizált DNS-alkatrészek –“BioBrick”-ek – adatbázisán dolgoznak, amelyek puzzle darabokként használhatók a természetben még teljesen új genetikai anyag összeállításához.

Kiesling és társai számára a szintetikus biológia olyan, mint egy új programozási nyelv létrehozása. A sejtek töltik be a hardware szerepét, a DNS pedig a software, amely működteti őket. A szintetikus biológusok hite szerint, ha majd eleget tudnak arról, hogyan működnek a gének, nulláról kiinduló genetikai programokat írhatnak, ezáltal új szervezeteket hozhatnak létre, megváltoztathatják a természetet, sőt az emberi evolúció alakulását is befolyásolhatják.

A génmérnökséghez hasonlóan a szintetikus biológia is lehetővé teszi a kutatóknak a természetes DNS barkácsolását. A különbség főleg nagyságrendi: a genetikai szerkesztés egy kivágás-beillesztés jellegű folyamat, mely idegen géneket épít be, vagy meglévő génekben cserél ki betűket. Ilyenkor gyakran csak kisszámú rész változik.

A szintetikus biológia viszont nulláról kiindulva hoz létre géneket. Ezáltal a tudósok sokkal kiterjedtebb változásokat eszközölhetnek az ismert géneken, sőt újakat is tervezhetnek. A lehetőségek száma szinte végtelen.

Bio-gyógyszerek, -üzemanyagok, -növények

A szintetikus biológia legutóbbi évtizedben történt robbanása egy sor izgalmas eredményt hozott. Kiesling már 2003-ban közzétette az egyik legelső tanulmányt, amely az új megközelítés hatékonyságát igazolta. Ebben az artemiszinin nevű vegyületre összpontosít, amely eredményes szer a malária ellen, és az egynyári ürömből (Artemisia annua) vonják ki. Ugyanakkor a növény termesztésére tett számos kísérlet ellenére a terméshozamok rendkívül alacsonyak maradtak. 

Egynyári üröm

Kiesling rájött, hogy a szintetikus biológia révén az egész termesztési folyamat megkerülhető. Úgy érvelt, hogy ha megfelelő géneket visznek be a baktériumsejtekbe, ez utóbbiak artemiszinin-gyártó gépekké változtathatók, bőséges új forrást biztosítva a gyógyszer számára.

Nem volt könnyű idáig eljutni. A kutatóknak teljesen új anyagcsere-vonalat kellett kiépítenie a sejtben, hogy az számára addig ismeretlen vegyületek feldolgozására váljon képessé. Próba-szerencse alapon több különböző szervezetből vett számos gén részeit ragasztgatták össze speciális DNS-csomaggá. Ezt azután bevitték az E. Coli-ba (laboratóriumban vegyületek előállítására általánosan használt baktérium), s abban új anyagcsere-útvonal jött létre, amely lehetővé tette számára, hogy artemiszinint válasszon ki. További hatékonyságnövelő műveletekkel Kieslingék milliószorosára tudták növelni a termelést, a szer árát pedig a tizedénél is alacsonyabbra vitték le.

Az artemiszinin azonban csak az első lépés volt egy sokkal nagyobb programon belül. Ez a szer ugyanis egy szénhidrogén, s olyan molekulák családjába tartozik, amelyeket gyakran használnak bio-üzemanyagok készítésére. A kutatók ezért az artemiszinin gyártására szolgáló géneket bio-üzemagyag szénhidrogéneket kódolókra cserélték ki. Ezáltal több olyan mikrobát állítottak elő, amely a cukrot át tudja alakítani üzemanyaggá.

További terület, amely igyekszik hasznot húzni a szintetikus biológiából, a növénytermesztés. Elméletileg baktériumból nyerhetünk nitrogént megkötő géneket, s ezeket beilleszthetjük növényünk sejtjeibe, hogy teljesen megváltoztassuk annak természetes növekedési folyamatát. Gének megfelelő kombinációjával olyan, a mesterséges genom által irányított, tápanyagokban gazdag növényeket termeszthetünk, amelyeknek kevesebb vízre, táptalajra, energiára és műtrágyára van szükségük.

A szintetikus biológia olyan, teljesen új élelmiszerek termelésére is használható, mint a megtervezett élesztővel fermentált aromák, vagy vegetáriánus sajtok és más, nem állati eredetű tejtermékek.

Újrateremteni az életet

A gyakorlati alkalmazások mellett a szintetikus biológia egyik legfontosabb célja olyan szervezet létrehozása, amely kizárólag megtervezett DNS-t tartalmaz. Ennek fő akadálya technológiai jellegű. Jelenleg a DNS-szintézis drága, lassú és sokszor hibázik. A legtöbb létező technika csak nagyjából 200 betű hosszúságú DNS szálakat tud csinálni, miközben a gének általában több mint tízszer ilyen hosszúak. A humán genom körülbelül 20,000 olyan gént tartalmaz, amely proteineket hoz létre. 

Ugyanakkor a DNS-szintézis egyre kevésbé költséges. Ahogy Drew Endy genetikus (Stanford Egyetem) elmondja, egyetlen betű szekvenálása a 2003-as 4 dollárról mostanra mindössze 3 centre csökkent. A humán genom mind a 3 milliárd betűjének nyomtatása ma még olyan 90 millió dollár körül lehet, azonban ha a trend folytatódik, 20 év alatt lecsökkenhet százezer dollárra. Az egyre elfogadhatóbb árcédula már megnyitotta az ajtókat a teljes genom szintéziséhez.

Még a 90-es években Craig Venter, aki vezető szerepet játszott a humán genom szekvenálásában, azt kezdte vizsgálni, mekkora a géneknek az élethez nélkülözhetetlen minimális készlete. Génkutató Intézet-beli kollégáival együtt egy Mycoplasma genitalium nevű baktériumból géneket távolított el, hogy az élet szempontjából kritikusakat azonosítsa. 2008-ban Venter meghatározta ezeket az „esszenciális géneket”, és DNS-szintézissel teljesen új „minimálgenomot” hozott létre.

Néhány évre rá Venter a mesterséges genomot egy másik baktériumba ültette át. A gének átvették a hatalmat és „újraindították” a sejtet, elérve, hogy növekedjék és lemásolja magát – ez volt az első élő szervezet, amely teljesen szintetikus genommal rendelkezett.

A baktériumtól az emberig

Ha lesz, aki finanszírozza az új vállalkozást, az megismételné Venter kísérleteit a saját genomunkkal. A humán genom nagyjából 5000-szer nagyobb, mint Venter baktériumáé, s eléggé nehéz megmondani, mennyivel lenne nehezebb a szintézise.

De még ha a cél nem is teljesül, a kutatási terület okvetlenül nagy lépést tesz előre. George Church, a Harvard Orvosi Egyetem vezető genetikusa szerint a projekt fő célja, hogy a hosszú DNS-láncok szintetizálásának technikája előrehaladjon.

George Church

Ezzel együtt a találkozóról szóló hírek nagyon felkavarták a kedélyeket. Tényleges céljaitól függetlenül a projekt mégiscsak azt vetíti előre, hogy speciálisan megtervezett embereket hoznak majd létre, vagy akár félembereket, akiknek a szülei számítógépek.

A kapcsolódó kockázatokat könnyű elképzelni, és kétségtelenül rettentőek: mennyire biztonságos az életet közvetlenül manipulálni vagy létrehozni? Mennyire valószínűek olyan balesetek, amelyek új szervezeteket szabadítanának rá egy felkészületlen világra? Kié a technológia, és ki férhet hozzá? Vajon új diszkriminációt hoz létre, vagy tovább mélyíti a szakadékot az emberiség 1%-a és a 99%-a között?

Forrás: http://singularityhub.com/ 

Fordította, szerkesztette: Jakabffy Éva