Saturday, May 22, 2010

So res naredili sintetično življenje?


V spletnem Delu in na strani Žurnala je bila objavljena novica z naslovom Znanstvenikom prvič uspelo ustvariti sintetično življenje oziroma Ustvarili umetno življenje. Naslova ne bi mogla biti bolj zavajajoča, v nadaljnem tekstu pa ni najti dobre pojasnitve za kaj naj bi se šlo. Za kakšno raziskavo gre, bom razložil v štirih točkah:

1. Branje: V prvi stopnji so raziskovalci z inštituta Johna Craiga Venterja prebrali celoten zapis na DNA bakterije Mycoplasma mycoides. Kar so prebrali so nato spravili v računalnik. Del digitaliziranega zapisa bi izgledal nekaj takega kot

“...AGGAATAAGATAGATAGAAGATATGAATGAAGGAGAGAGATTACACGATAGGGCCAATACGGATCACAGGGATTACAAAGCATAGACTAGACATCGATACGGTAGCTATAAATCGATCGCCCTGCTAGG...",

celotna dolžina genoma bakterije, ki so ga prebrali pa obsega 1.08 miljona takšnih črk DNA.

krajši odsek DNA
2. Urejanje: Ko so zaporedje črk v DNA enkrat imeli na računalniku, so raziskovalci zaporedje lahko poljubno preuredili. Lahko si predstavljate, da so raziskovalci kombinacije štirih črk A, C, T in G premetavali kar v Wordu. Delo v Wordu bi bilo precej zamudno in zato za tak namen obstajajo posebni programi, a bistvo urejanja DNA zaporedja v osnovi ostaja blizu urejanju Wordovega besedila. Če bi torej imeli DNA zaporedje bakterije v Wordu bi lahko copy-pejstali gene drugih bakterij, brisali celotne odseke DNA, dopisovali druge gene itd.

Raziskovalci v tem primeru tako radikalno v DNA zapis niso posegli. Spremenili so le nekaj kosov DNA zaporedja, vendar tako, da na delovanje celice to ne bi smelo vplivati. Na nepomembnih mestih zaporedja DNA so črke premetali in preoblikovali v laboratotiju specifični žig. Bakterija s tako DNA je tako označena kot krava, ki ima za ušesom odtisnjeno svojo številko. Če bi recimo taka bakterija pobegnila iz laboratorija, bi zaradi žiga lahko izsledili laboratorij, ki ji je lastnik.

3. Sinteza: Ko so imeli končno verzijo zaporedja DNA v računalniku, so to hoteli imeti še v epruveti. Podjetje Blue Heron Biotechnology je znanstvenikom po naročilu kemično sintetiziralo naročeno DNA. Po koncu prvih treh korakov so tako raziskovalci imeli v epruveti spremenjen, sintetiziran genom bakterije M. mycoides.

4. Presaditev: Sama gola DNA v epruveti ne počne nič in zato so jo morali vnesti v ustrezno celico. Sintetiziran genom so zato vsadili v bakterijo druge podvrste, ki jo bom imenoval receptorska.

Podobno kot pri transplantaciji organov imamo tudi tukaj nekoga, ki daje (donor), in nekoga, ki sprejema (receptor). Posebnost te biokemične transplantacije je v tem, da DNA niso prenesli direktno iz ene celice v drugo, temveč da so DNA donorja naredili sintetično in jo nato prenesli v receptorja.

Kar se je nato zgodilo je bilo, da je po sprejemu donorskega genoma receptorska bakterija svoj stari genom zavrgla in se začela vesti po navodilih nove DNA, ki jo je imela v sebi. Kmalu je postala enaka donorju, celotna zgradba in sestava receptorske celice je čez čas ustrezala sestavi in zgradbi donorske celice.

Kaj lahko po tej razlagi zaključimo

Preglejmo še enkrat vse korake: bakteriji Mycoplasma mycoides Capri so raziskovalci prebrali nukleotidno zaporedje, ga preuredili, sintetizitali in vnesli v Mycoplasma mycoides Capricolum. “Nova” bakterija se po presaditvi vede kot donorska bakterija. Pravzaprav nova bakterija ni nova, saj bakterijo Mycoplasma mycoides Capri sicer najdemo v naravi. Edina razlika med Mycoplasma mycoides Capri, ki jo najdemo v naravi, in bakterijo nastalo na koncu opisanih štirih korakov, je samo dodan podpis avtorjev.

Mirno lahko zaključimo, da na bakteriji ni nič sintetičnega in da v raziskavi ni bilo ustvarjeno nobeno sintetično življenje. Mogoče bi lahko bil rekli, da so naredili sintetičen genom, ampak tudi to je malo za lase privlečeno. Že res, da je DNA v bakteriji bila ustvarjena kemično na naših strojih in ne s celično biološko mašinerijo, ampak načina sinteze se v končnem izdelku ne pozna. DNA, umetno narejena ali ne, je vedno samo DNA. Na isti način je voda vedno samo voda, ne glede na kemijski način po katerem je nastala.

Konkreten dosežek raziskovalne skupine je omenjen le redkokje (ne na slovenskih portalih). Precej težko je prebrati takšno količino podatkov brez da bi delali napake. Ob kemični sintezi 1.08 miljona nukleotidnih baz pa naletimo na enako oviro. Ko genom najprej preberemo in ga nato sintetiziramo obstaja možnost, da bakterijska celica ne bo delovala zaradi seštetih napak branja in sinteze. Prav zaradi izbrisa ene same nukleotidne črke na zaporedju, so raziskovalci doživeli zastoj raziskav, saj jim presaditev ni delovala, dokler napake niso izsledili.

Kar nameravajo s to bakterijo v naslednjih letih narediti, je zmanjšati število genov v genomu na najnižjo možno raven. Bakterija bi se s tem poenostavila in mogoče bila zaradi tega bolj razumljiva. Po vsem tem procesu pa bi svoje jedro bioloških procesov še vedno nujno obdržala in zato ne bila drugačna od življenja kot ga poznamo. Da bi lahko nekaj imenovali umetno življenje, bi to moralo biti izgrajeno na principih, ki se vsaj malo razlikujejo od znanega.

image2-high [640x480]M. mycoides JCVI-syn1 po vsaditvi novega genoma (vir: www.jcvi.com, celotna povezava s klikom na sliko)

Odgovor na to, koliko bodo opisane nove metode prišle prav raziskovalcem, bom prepustil času. Za konec bi se raje spet vrnil na naslove časopisnih člankov, ki so v prvi vrsti sprožili to pisanje. Prav zanimivo je namreč spremljati naslove glede na oddaljenost od vira. Naslove novičkarskih člankov sem naštel že na začetku. Na strani inštituta, kjer so raziskave potekale, najdemo že bolj premišljen naslov, ki se glasi “First Self-Replicating Synthetic Bacterial Cell”. Če naslov prevedem in preoblikujem bi ta izgledal kot Prva umetna bakterijska celica zmožna samopodvajanja. Med prvo umetno bakterijsko celico in prvim umetnim življenjem je mogoče majhna razlika, vendar je zadnja besedna zveza bolj kričeča in zato uporabljana od novinarjev.

Naslov originalnega članka objavljenega v znanstveni reviji pa gre “Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome”. Tu ni napihovanja novice, v naslovu ni govora o ničemer sintetičnem, ampak le o kemični sintezi. Zaključek te objave bo zato nasprotje veličastnega naslova.

S  sprehodom od naslova do naslova smo šli prek sintetičnega življenja in sintetične bakterijske celice, nismo pa pristali niti pri sintetičnem genomu, ampak le pri kemično sintetiziranem genomu.


Jaka Kragelj

Prispevek odraža mnenje avtorja in ne nujno tudi društva.

7 comments:

  1. Novost te raziskave je torej, da so kemično sintetizirali DNA, na podlagi tistega "premetavanja v Wordu" - sem prav razumela? In pred tem so te DNA zapise spreminjali direktno v epruveti, ali kaj?

    ReplyDelete
  2. Sprašuješ torej kako so to delali enkrat in kako se bo delalo v prihodnosti... Smer, od direktnega spreminjanja proti načrtovanju v računalniku, si dobro nakazala. Jaz bi dodal malo podrobnosti.

    Že veliko časa se da naročiti poljubno zaporedje DNA, ki ti ga sintetizirajo in pošljejo. Vendar po proizvajanju celotnega genoma bakterije za večino namenov ni potrebno.

    Če želiš videti kako bakterija deluje brez enega gena, lahko tega "direktno v epruveti" pokvariš ali izbrišeš. Če želiš bakteriji dodati gen ali nekaj genov jih lahko vstaviš.

    Sinteza celotnega genoma se izplača v primeru, da misliš izbrisati ali na novo spisati velik delež celotne DNA bakterije. Omenjeni raziskovalci imajo ravno takšen namen, izbrisati hočejo vse odvečne gene in pustiti le tiste, ki so bistveni za osnovne fiziološke funkcije.

    Novost tukaj je torej velikost molekule DNA in število genov, ki so jih naenkrat vnesli v bakterijo. Število vnešenih genov je enako številu vseh genov bakterije, vnesli so namreč celoten genom.

    Kar sem povedal se nekako tiče metod, ki nam bodo v prihodnosti koristile, kar se pa tiče ideološkega okvirja, ki ga postavljajo ta in podobni dosežki je to:
    Raziskovalci nakazujejo na to, da se bo lahko v prihodnosti na inžinirski način močno modificiralo bakterije z namenom, da bodo opravljale določene funkcije (npr. minitovarne, reciklatorji).

    To je nova zamisel, pogovorno bi lahko rekel filozofija, ki vodi določen del navdušenih biokemikov, molekularnih biologov je prav to kombiniranje doslej nezdružljivih pojmov kot so sintetično, inžinirsko, računalnik s pojmom živega organizma. To je bilo tudi predstavljeno v predavanju dr. Markota Dolinarja Sintezna biologija.

    Kar se pa tiče obdelave podatkov v računalniku, je računalnik le orodje. Za v prihodnosti zinžinirane bakterije rabimo predvsem znanje in ideje s tega področja.

    ReplyDelete
  3. Po slavnem poiskusu Stanleya Millerja 1953 leta (in ne Watsonovem odkritju istega leta) je to zame drugi prelomni dogodek v bioznanostih. Prepričan sem, da bi zmogli vse potrebne proteine v funkcionalni konformaciji narediti sami (s pomočjo bakterij) in še vse ostale potrebščine ter vse to združiti v živo bakterijo. Seveda bi se potem našli ljudje, ki bi trdili, da to še vedno ni povsem sintetični organizem, ker so proteine naredile bakterije. Samo tak projekt bi bil verjetno večji od postavitve pospeševalnika v Cernu in vprašanje je, če je to smiselno.
    Kaj pravijo na to kreacionisti? Vatikan? Gremo malo pogledat.
    Tomaž

    ReplyDelete
  4. Saj niso sintetizirali umetnega življenja.

    Pravzaprav so sestavili nekakšnega celičnega freiknsteina. Vzeli so kose dnk, so in so potem tem kosom vstavili še kratka zaporedja tuje dnk. Po domače so ustvarili GSO.

    Nato so spojili kromosom spet skupaj in ga piknili v celico gostiteljico ki so ji prej izsesali jedro.

    Da pi ustvarili življenje iz osnovnih organskih substanc brez pomoči narave....

    Kako se je to ustvarilo, to je pravzaprav nerazčiščene tema, navkljub mnogemu trudu in raziskavam.

    LP

    ReplyDelete
  5. Prikaz poizkusa SIMBOLIČNO:

    Vzameš jetra konja, ledvice osla, pljuča mule in jih skupaj spojiš v nov organizem.

    Torej kaj imaš konja, osla ali mulo?

    Ker pa stvari niso tako enostvne, so stvar izvedli s dvema DNK zelo podobnima bakterijama, ki sta iz iste družine in imasta eno najbolj enostavnih kromosomov.

    LP

    ReplyDelete
  6. Odgovor Tomažu:
    Če sintetično definiraš kot narejeno od človeka potem bi tvoj organizem bil sintetičen. Jaz pojem sintetičen razumem kot sintetičen materijal, torej nekaj kar se v naravi ne nahaja. Za primer sintetičnega bi dal polivinil, sintetična vlakna... toliko polivinila ga je v eni vrečki, v naravi težko najdem.

    Ti vprašanje razumeš kot "ali je življenje kot ga poznamo (mi) lahko ustvarjeno od nas?". V okviru tega vprašanja ta raziskava (bakterija s kemično sintetizirano DNA) res proizvede polemiko, ker je prav verjetno najbolj ekstremna manipulacija do sedaj. Ampak to vprašanje znotraj znanosti same nima neke vrednosti, ker je to za znanstvenike samoumevno. Zato se s tem kot znanstvenik ne ukvarjam. Vpračanje pa verjetno ima vrednost v debati med "znanostjo" in religijami.

    Odgovor prvemu neznanemu:
    V mojem zapisu sem razložil kaj so znanstveniki delali. Nekaj genov je res bilo "tujih", česar nisem napisal. Točno na katere gene misliš s tujo DNA? Ta frankensteinovski primer je malce nepotreben, sploh po daljši razlagi, ki sem jo podal.

    Bakterije nimajo jedra, mogoče s tem misliš na bakterijski kromosom. V vsakem primeru... ne jedra ne kromosoma niso izsesali pred vsaditvijo nove DNA. Za razliko od raznih tehnik kloniranja, pri tej tehniki v bakterijo kar vstavijo nov kromosom in nekaj časa sta v bakteriji dva kromosoma, dokler enega ne izloči.

    Če ni razčiščeno danes, to ne pomeni, da lahko vsak dan izvemo še kaj novega o tem.

    Odgovor drugemu neznanemu:
    Pri primerjavah in analogijah je vedno past, da analogija ne drži v vseh primerih. Enačit primerjavo konja in osla s primerjavo dveh bakterij je malo spolzko.

    npr. pri kvantni mehaniki je znano, da se analogij z našim (bolje rečeno makroskopskim svetom) primerjav ne da delat. Za razumet kvantno mehaniko rabiš govoriti jezik te teorije. Ne tako ekstremno, ampak vseeno prisotno je to tudi pri svetu bakterij. Bakterije lahko počnejo stvari, ki jih je težko primerjat z našim početjem. Primer:

    neko bakterijo poimenujemo Tone, Tone se deli in zdaj imamo: a) Toneta in sina, b) dva Toneta c) dva nova osebka ki nista Tone, ker Tone po delitvi ne obstaja več. Vse te možnosti zvenijo nesmiselno in izvirajo iz tega, da je poimenovanje stvar, ki deluje na našem makroskopskem svetu. Celično deljenje je po drugi strani nekaj, kar v naš vsakdanji koncepualni svet ne spada. Jezika potrebna za opis omenjenih svetov sta različna in ob mešanju naletimo na nesmisel.

    Bakterije tudi ne seksajo, čeprav si genetski material izmenjujejo. S primeri horizontalnega prenosa genov in ščepca filozofije bi se dalo sorodstva in potomstva zaplesti toliko, da ne vemo niti ali je bakterija organizem ali del superorganizma ali je samo zbirka raznih mehaničnih delov. Ampak ne bom pisal o tem če ni zahteve. Primer prejšnjega odstavka nazorno prikaže moje mnenje, da se sorodstvene analogije sesalcev in bakterij težko vzpostavi.

    Še malo po filozofsko... Konec koncu so klasifikacije kot je razvrščanje v vrste, le človeški poskus najbolje popredalčkati naravne pojave (v tem primeru živali) in nikoli idealne. Zaradi tega dovolj dobro delujejo med določenimi primerki (sesalci in drugimi večceličnimi organizmi) niso pa raztegljivi na vse primere (bakterije).

    ReplyDelete
  7. Jaz za "sintetično" pojmujem proces in ne rezultata. Tako da to JE sintetično življenje, saj iz zaporedja DNA na računalniku, nekaj stekleničk (neživih) kemikalij in mašinerije dobimo živo bitje. Rezultat je izredno pomemben, saj validira materialistični pogled na svet, ki je, žal, še vedno v manjšini.

    ReplyDelete