Życie. Wersja druga poprawiona

Naukowcy nie zdążyli jeszcze skatalogować wszystkich organizmów na naszej planecie ani nawet dobrze poznać mechanizmów działania ludzkiego ciała, a już zabierają się do tworzenia sztucznych bakterii. Mają to być organizmy z materiałem genetycznym zaprojektowanym w laboratorium. Po co? Po pierwsze – bo takie możliwości daje dziś biotechnologia. Po drugie – proste organizmy żywe można tak zaprogramować, aby wytwarzały paliwo z energii słonecznej, leki i szczepionki czy pochłaniały zanieczyszczenia.

– Od czytania kodu genetycznego ruszamy w kierunku jego zapisywania – mówił w jednym z wywiadów Craig Venter, pionier badań nad ludzkim genomem. To właśnie on jest najbliżej wyprodukowania syntetycznego organizmu żywego. A przynajmniej najgłośniej o tym mówi.

– Zakładając, że nie zrobimy jakiegoś błędu, myślę, że będziemy gotowi do końca roku – zapowiadał Venter. Tyle że obiecywał to w ubiegłym roku. A jeszcze rok wcześniej zapewniał: – Idę o zakład o reputację mojego zespołu, że to się stanie w 2008 roku.

Ale teraz naukowcy rzeczywiście są już bardzo blisko syntetycznego życia. Na początku będzie to bardzo prosta bakteria – choć jeszcze jej nie ma, zyskała już nazwę: Synthia. Ma mieć minimalny zasób genów wystarczający do przeżycia. Plan naukowców zakłada, że ten prosty organizm będzie można wyposażać w dowolne dodatkowe fragmenty DNA zmuszające Synthię do produkcji potrzebnych substancji, np. leków. Traktują oni genom jak program komputerowy, który zmodyfikuje stare lub doda nowe funkcje żywym komórkom.

[srodtytul]Inżynier do spraw stworzenia[/srodtytul]

Najbardziej zaawansowane prace nad syntetycznym organizmem żywym prowadzi dziś 63-letni Venter określany jako „Bono genetyki” – próbuje bowiem wykorzystywać osiągnięcia nauki do zarabiania pieniędzy. O ile wiele zapowiedzi Ventera – szczególnie tych dotyczących sztucznego życia – było trochę na wyrost, o tyle nikt nie podważa jego kompetencji. Bo całe dorosłe życie Ventera jest związane z badaniem DNA.

To jego firma The Institute for Genomic Research jako pierwsza na świecie zsekwencjonowała genom żywego organizmu – bakterii Haemophilus influenzae. To Venter założył prywatną spółkę Celera Genomics, która ścigała się z potężnym konsorcjum uczelni i placówek naukowych (Human Genome Project) o to, kto pierwszy pozna cały genom człowieka. Venter poświęcił temu ok. 300 mln dolarów, rządowy program kosztował 3 mld. W 2000 roku Venter uporał się z problemem (podobno nieco szybciej niż rządowi konkurenci), jednak wyniki badań ogłoszono wspólnie. Na mocy decyzji Billa Clintona wyniki badań nad genomem nie mogły być opatentowane, co sprawiło, że kurs akcji Celera Genomics spadł na łeb na szyję. Rynek firm biotechnologicznych w ciągu dwóch dni stracił 50 mld dolarów. A jeden z głównych autorów sukcesu – Venter – został wyrzucony z pracy za brak wyników finansowych firmy, która włożyła miliony dolarów w badania ludzkiego genomu.

To wtedy narodził się pomysł opracowania całkowicie sztucznego genomu żywego organizmu i wszczepienia go do bakterii. Craig Venter, dzieląc czas między laboratorium a pokładem luksusowego jachtu, zabrał się do układania genów w komórce bakterii Mycoplasma genitalium.

Genom tej bakterii (atakującej m.in. układ moczowy człowieka) naukowcy pracujący dla Ventera poznali jeszcze w 1995 roku. Stała się interesująca dla genetyków, ponieważ należy do najmniejszych i najprostszych organizmów żywych. Wyposażona jest tylko w 521 genów, z czego i tak nie wszystkie kodują białka. Z tego powodu manipulacje jej DNA są stosunkowo proste.

Ale nie tak proste, jak chcieliby naukowcy. Najpierw musieli pozbawić ją części „niepotrzebnych” genów (zostały 382), przy okazji czyniąc ją niegroźną dla ludzi. W tak zmodyfikowany minimalny genom wklejono następnie „znak wodny”, dzięki któremu można będzie sztuczne organizmy odróżnić od żywych – i nie dać skopiować pomysłu konkurentom. Venter przez długi czas nie chciał powiedzieć, jak oznakowano sztuczny genom, twierdząc, że słowa zakodowane za pomocą aminokwasów może odczytać tylko specjalistyczne laboratorium (dla zainteresowanych: znaki to m.in. VENTERINSTITVTE, CRAIGVENTER).

– Ale to był dopiero początek. Aby stworzyć syntetyczny organizm, potrzebne są trzy kroki – tłumaczy Venter. Pierwszy to wszczepienie obcego genomu komórce i „uruchomienie jej”. Taka transplantacja powiodła się w 2007 roku, ale naukowcy użyli prawdziwego genomu jednej bakterii i włożyli go do innej, blisko spokrewnionej.

Drugim krokiem było złożenie z części sztucznego genomu. Ta sztuka udała się naukowcom w 2008 roku. Do składania genomu bakterii użyli zupełnie innego organizmu – drożdży. – To ostatni etap na drodze do stworzenia syntetycznego organizmu – mówił prowadzący te badania noblista dr Hamilton Smith, który pracuje dla J. Craig Venter Institute. – To prawdopodobnie najważniejsze osiągnięcie w historii syntetycznej genetyki.

Ale wysiłki, by genom zaprojektowany przez człowieka i wyprodukowany w drożdżach uruchomić w prawdziwej komórce, na razie spełzły na niczym. Ten ostatni, trzeci krok Venter chce zrobić w tym roku.

[srodtytul]Komórka Frankensteina[/srodtytul]

Z Venterem ściga się inny amerykański naukowiec – prof. George Church z Harvard Medical School. W połowie ubiegłego roku ogłosił, że udało mu się skonstruować pierwszy sztuczny rybosom, czyli komórkową fabrykę białek. Rybosomy są do funkcjonowania komórki niezbędne – na podstawie informacji zapisanej w DNA wytwarzają długie łańcuchy białek tworzących tkanki ciała.

– Choć nie zrobiliśmy sztucznego życia, to jednak wykonaliśmy wielki krok w tym kierunku – mówił Church. – Rybosom to kluczowy składnik wszystkich żywych systemów, odpowiada za syntezę białek. To najbardziej skomplikowana maszyna biologiczna.

Church ma także nieco inne zapatrywania na celowość tworzenia nowych sztucznych organizmów żywych. Jego zdaniem lepiej dokładać potrzebne geny do już istniejących organizmów zamiast budować je całkiem od początku. Tę opinię podziela dawny rywal Ventera – dr Francis Collins, szef Human Genome Project. – Powiedzmy, że mam kupę śmieci na podwórku i chcę je wywieźć – mówił w rozmowie z magazynem „Time”. – Mogę przez całe miesiące robić potrzebne narzędzia, ale mogę też wziąć traktor i przyspawać do niego łyżkę koparki. Dlaczego nie iść najprostszą ścieżką?

Inni naukowcy starają się odtworzyć od razu całe komórki. Ich przepis na sztuczne życie brzmi: weź kilka genów bakterii, dodaj szczyptę enzymów i wszystko ułóż w pęcherzyku z tłuszczu. Takie twory już wyprodukowano (słowo „wyhodowano” w tym kontekście nie pasuje) w laboratoriach Rockefeller University w 2004 roku. „Frankenkomórka” składa się z genów kilku bakterii (m. in. E. coli i gronkowca złocistego). A żeby sprawdzić, czy maszyneria działa, genetycy dodali jej geny meduzy kodujące fluorescencyjne białka. Obecność świecących banieczek świadczyła o tym, że komórka Frankensteina rzeczywiście działa.

Ale naukowcy pod wodzą dr. Alberta Libchabera i dr. Vincenta Noireaux nie chcą nazywać swojego dzieła żywym. – To nie sztuczna komórka, ale biologiczna maszyneria wykonująca proste operacje biochemiczne – przekonuje dr Libchaber.

– Dla mnie życie jest jak maszyna z programem komputerowym. Nic więcej nie trzeba. Ale wiem, że nie wszyscy podzielają ten pogląd – przyznaje.

[srodtytul]Krótki kurs biologii syntetycznej[/srodtytul]

A może zapowiedzi rychłego ukończenia prac nad Synthią (lub Mycoplasma laboratorium, jak chciałby Venter) są bez pokrycia? Może naukowcy jeszcze długo nie będą mieli niezbędnych narzędzi, aby życie zaprojektować i stworzyć niemal od podstaw?

Wcześniejsze próby, których celem było wyprodukowanie cząstek niezbędnych do powstania żywych organizmów, okazały się niewypałem. Słynny eksperyment Millera-Ureya (polegający na odtworzeniu w laboratorium warunków, które miały panować na młodej Ziemi) dowiódł wprawdzie, że mogły wtedy powstać podstawowe cegiełki życia – aminokwasy, ale było ich za mało i były mało trwałe. Oczywiście żadne życie w laboratorium się nie pojawiło.

Ale tempo, w jakim rozwijają się dziś genetyka i biologia, jest oszałamiające. Do określenia postępu technologicznego często używa się tzw. prawa Moore’a mówiącego, iż moc obliczeniowa procesorów wzrasta ok. półtora raza w ciągu roku. Tak było z biologią od lat 70. ubiegłego wieku do momentu opublikowania genomu człowieka. „Prawdziwe wyzwanie pojawi się, gdy wejdziemy w fazę syntetycznej biologii. Zaprojektujemy nowe części do już istniejących genomów albo zbudujemy całkiem nowe. To pole badań o nieograniczonych możliwościach rozwoju” – pisał w 1974 roku polski genetyk prof. Wacław Szybalski, któremu przypisuje się stworzenie terminu „biologia syntetyczna”.

A teraz biologia wyprzedziła technologię – w ostatnich latach jej możliwości rosły mniej więcej dziesięciokrotnie na każde 12 miesięcy – przekonywali George Church i Craig Venter podczas ubiegłorocznego sześciogodzinnego wykładu „Krótki kurs genomiki syntetycznej” dla naukowców, finansistów i ekspertów od nowych technologiii. – Patrzę na DNA jak na analogowy system informacji. Mam nadzieję, że przekonałem was, że to jest oprogramowanie życia – mówił podczas wykładu Venter.

Dowody? Pierwsze podejście do zbadania ludzkiego genomu kosztowało ok. 3 mld dolarów i uczestniczyło w nim kilkanaście ośrodków naukowych na całym świecie. Dziś zajmuje się tym co najmniej kilkanaście firm. Cena tej komercyjnej już usługi spadła do 5 – 10 tys. dolarów. Informacje o genetycznej konstrukcji organizmów można znaleźć w Internecie, regularnie, niemal co tydzień, publikują je czasopisma naukowe. A naukowcy nauczyli się dowolnie manipulować fragmentami DNA różnych organizmów. Wklejać geny odpowiedzialne np. za produkcję świecącego białka do genomu ssaków albo przeszczepiać cały genom z jednego organizmu do drugiego.

Za syntetycznym życiem idą też ogromne pieniądze. Zmodyfikowane genetycznie organizmy są coraz częściej wykorzystywane na skalę przemysłową. W amerykańskich zakładach DuPont w Loudon genetycznie zmodyfikowane bakterie E. coli wytwarzają substancje do produkcji tworzyw sztucznych. W firmę Synthetic Genomics zainwestował m.in. ExxonMobil. 600 mln dolarów ma wystarczyć do stworzenia alg, które będą produkować paliwo.

[srodtytul]Zrób to sam[/srodtytul]

Kwestie techniczne to tylko jedna strona medalu. Drugą jest bezpieczeństwo i problemy etyczne związane z „zabawą w Boga”. Dopóki naukowcy mówią wyłącznie o prostych jednokomórkowych organizmach, problemy etyczne schodzą na drugi plan. Pod tym względem inne osiągnięcia biotechnologii, takie jak np. klonowanie zwierząt, są bardziej pociągające i dla Kościoła, i dla mediów. Ale bezpieczeństwo – to zupełnie inna sprawa. Już teraz możliwe jest takie zmodyfikowanie istniejących chorobotwórczych bakterii i wirusów, że staną się one jeszcze groźniejsze dla człowieka.

Tego, że nie jest to – nomen omen – sztuczny problem, dowodzą wyniki eksperymentu naukowców z Uniwersytetu Nowego Jorku w Stony Brook. W 2002 roku skonstruowali oni od podstaw wirusa polio (powodującego chorobę Heinego-Medina). Ponieważ do dziś naukowcy spierają się o to, czy wirusy można nazwać organizmami żywymi, sukces amerykańskiego zespołu nie jest powszechnie uznawany za stworzenie syntetycznego organizmu. Ale dobrze pokazuje, jakie niebezpieczeństwa może nieść manipulacja w skomplikowanej biologicznej maszynerii.

Naukowcy pod wodzą dr. Eckarda Wimmera pobrali informacje o genach wirusa z ogólnodostępnej bazy danych w Internecie. Potrzebne fragmenty kodu genetycznego i odczynniki chemiczne zamówili w specjalnych katalogach wysyłkowych. Co prawda cały proces zajął aż dwa lata, ale w efekcie naukowcy uzyskali w pełni działającego (czy żywego, to zależy od definicji życia) wirusa.

– Zrobiliśmy to po to, aby udowodnić, że jest to możliwe. Wiele o tym mówiono, ale nikt nie brał tej możliwości poważnie – mówił dr Wimmer po opublikowaniu wyników swoich prac. – Teraz ludzie muszą się nad tym zastanowić.