Миналата седмица група от 150 поканени експерти се събра в Харвард. Зад затворени врати те обсъдиха перспективите за проектиране и изграждане на цял човешки геном от нулата, използвайки само компютър, ДНК синтезатор и суровини. След това изкуствен геном ще бъде въведен в жива човешка клетка, за да замести естествената му ДНК. Надеждата е клетката да се "рестартира", да промени биологичните си процеси, за да работи въз основа на инструкциите, предоставени от изкуствената ДНК.
С други думи, скоро може да видим първата „изкуствена човешка клетка“.
Но целта не е просто да се създаде Human 2.0. Чрез този проект, HGP-Write: Тестване на големи синтетични геноми в клетки, учените се надяват да разработят иновативни и мощни инструменти, които ще подтикнат синтетичната биология към експоненциален растеж в индустриален мащаб. Ако успеем, не само ще придобием биологични инструменти за проектиране на хората като вид: ще можем да преработим живия свят.
Създаване на живот
Синтетичната биология по същество е брак между принципите на инженерството и биотехнологиите. Докато секвенирането на ДНК е свързано с четене на ДНК, генното инженерство е за редактиране на ДНК, а синтетичната биология е за програмиране на нова ДНК, независимо от нейния първоначален източник, с цел създаване на нови форми на живот.
Синтетичните биолози виждат ДНК и гените като стандартни биологични градивни елементи, които могат да бъдат използвани, както им харесва, за създаване и модифициране на живи клетки.
Промоционално видео:
В тази област има концепция за дизайнер, казва д-р Джей Кийслинг, пионер по синтетично инженерство в Калифорнийския университет, Бъркли. „Когато твърдият ви диск умре, можете да отидете до най-близкия компютърен магазин, да си купите нов, да замените стария“, казва той. „Защо не използваме биологични части по същия начин?“
За да ускори напредъка в тази област, Кислинг и колегите му съставят база данни със стандартизирани парчета ДНК - наречена BioBricks. Може да се използва като части от пъзел за събиране на генетичен материал, невиждан досега в природата.
За Кислинг и други в тази област синтетичната биология е като разработването на нов език за програмиране. Клетките са хардуер, хардуер, докато ДНК е софтуер, който ги кара да работят. С достатъчно познания за това как работят гените, синтетичните биолози се надяват, че могат да пишат генетични програми от нулата, да създават нови организми, да променят природата и дори да насочват човешката еволюция в нова посока.
Подобно на генното инженерство, синтетичната биология дава възможност на учените да експериментират с естествената ДНК. Разликата в мащаба: Редактирането на гени е процес на изрязване / поставяне, който добавя нови гени или променя букви в съществуващи гени. Понякога не се променя много.
Синтетичната биология, от друга страна, създава гени от нулата. Това дава на учените по-голяма гъвкавост да модифицират известни гени или дори да създават свои собствени. Възможностите са почти безкрайни.
Биомедицини, биогорива, биокултури
Експлозията на синтетичната биология през последните десет години вече доведе до резултати, които очароваха учени и корпорации. Още през 2003 г. Кислинг публикува едно от първите проучвания, за да докаже и демонстрира силата на този подход. Той се фокусира върху химикал, наречен артемизинин, мощно лекарство против малария, извлечено от сладък пелин (пелин).
Въпреки многобройните опити за култивиране на това растение, добивът му остава изключително нисък.
Кислинг осъзна, че синтетичната биология предлага начин да се заобиколи изцяло процеса на прибиране на реколтата. Чрез въвеждането на необходимите гени в бактериалните клетки, разсъждава той, можете да превърнете тези клетки в машини за производство на артемизинин и да осигурите за тяхна сметка нов богат източник на лекарството.
Това беше много трудно да се направи. Учените трябва да изградят изцяло нов метаболитен път в клетката, позволявайки й да обработва химикали, които не е познавал преди. Чрез проби и грешки учените слепиха десетки гени от множество организми в един ДНК пакет. Чрез поставянето на тази торбичка в Е. coli - бактерията Е. coli често се използва в лабораторията за производство на химикали - те създадоха нов път за бактериите да отделят артемизинин.
Като затегнаха още малко необходимите гайки, Кислинг и екипът му успяха да увеличат производството милион пъти и да намалят цената на лекарството десетократно.
Artemisinin беше само първата стъпка в огромна програма. Това лекарство е въглеводород, който принадлежи към семейство молекули, често използвани за производството на биогорива. Защо да не приложим същия процес за производство на биогорива? Заменяйки гените, използвани от бактериите за производство на артемизинин, с гени за производство на биогоривни въглеводороди, учените вече са направили много микроби, които превръщат захарта в гориво.
Земеделието е друга индустрия, която може да се възползва изключително много от синтетичната биология. На теория бихме могли да вземем гените, отговорни за фиксирането на азота в бактериите, да ги поставим в клетките на нашите култури и да обърнем напълно техния естествен процес на растеж. С правилната комбинация от гени бихме могли да отглеждаме култура с пълен спектър от хранителни вещества, които изискват по-малко вода, земя, енергия и тор.
Синтетичната биология може да се приложи за производството на напълно нови храни, като аромати чрез ферментация на модифицирани дрожди или вегански сирена и други млечни продукти, създадени без помощта на животни.
„Трябва да намалим емисиите на въглерод и замърсители, да използваме по-малко земя и вода, да контролираме вредителите и да подобрим плодородието на почвата“, каза д-р Памела Роналд, професор от Калифорнийския университет, Дейвис. Синтетичната биология може да ни предостави инструментите, от които се нуждаем.
Пресъздаване на живота
Практика настрана! Една от крайните цели на синтетичната биология е да създаде синтетичен организъм, направен изключително от специално проектирана ДНК.
Основната пречка сега е технологията. Понастоящем ДНК синтезът е много скъп, бавен и склонен към грешки. Повечето от съществуващите методи позволяват да се направи ДНК верига с дължина 200 букви; нормалните гени са десет пъти по-дълги. Човешкият геном съдържа около 20 000 гена, които произвеждат протеини. Но цената на синтеза на ДНК пада бързо през последното десетилетие.
Според д-р Дрю Анди, генетик от Станфордския университет, цената на последователността на едно писмо е спаднала от 4 долара през 2003 г. до 3 цента днес. Очакваните разходи за отпечатване на всички 3 милиарда букви от човешкия геном днес са 90 милиона долара, но се очаква да спаднат до 100 000 долара в рамките на 20 години, ако тенденцията остане същата.
През 90-те години Крейг Вентър, известен с водещата си роля в секвенирането на човешкия геном, започва да търси минималния набор от гени, необходими за създаването на живот. Заедно с колегите си от Института за геномни изследвания, Вентър премахва гени от бактерията Mycoplasma genitalium, за да идентифицира критични за живота.
През 2008 г. Вентър събра тези „критични гени“и събра нов „минимален“геном от бульон от химикали, използвайки ДНК синтез.
Няколко години по-късно Вентър трансплантира изкуствен геном във втора бактерия. Гените се вкорениха и „рестартираха“клетката, позволявайки й да расте и да се размножава - това беше първият организъм с напълно изкуствен геном.
От бактерии до хора
Ако новото предприятие получи финансиране, то ще повтори експериментите на Вентър, използвайки нашия собствен геном. Като се има предвид, че човешкият геном е около 5000 пъти по-голям от бактериите на Вентер, трудно е да се каже колко по-труден може да бъде този синтез.
Дори ако всичко друго се провали, индустрията ще придобие ценен опит. Според д-р Джордж Чърч, водещ генетик в Медицинското училище в Харвард, този проект може да отвори технологичен напредък, който ще подобри собствената ни способност да синтезираме дълги нишки на ДНК. Чърч дори подчертава, че основната цел на проекта е технологичното развитие.
Срещата на учените обаче предизвика доста скептицизъм. Този проект обаче един ден може да доведе до създаването на „дизайнерски бебета“или дори хора. Родителите на такива хора могат да бъдат компютри. Представянето на такова бъдеще е просто, но страшно: колко безопасно е да се манипулира директно или да се създаде живот? Кой ще притежава тази технология? Какво да правим с живот, който се оказа неуспешен? Нима всичко това не би създало дискриминация и неравенство?
ИЛЯ ХЕЛ