Naujos technologijos ir pražiopsotos galimybės

Patiko straipsnis? Pasidalinkite su draugais tinkluose!

Vienas iš žmogaus genomo iššifravimo pionierių ir pirmojo sintetinio organizmo kūrėjas samprotauja apie sintetinės biologijos praeitį, dabartį ir ateitį.

Kreigo Venterio vardas šiuolaikiniame moksle labiau negu žinomas. Jis stovėjo prie žmogaus genomo iššifravimo ištakų pirmame XXI amžiaus dešimtmetyje, o 2010 metais pranešė sukūręs sintetinį organizmą su minimaliai įmanomu genų rinkiniu. Neretai jo veikla sukeldavo skandalus: žmogaus genomo iššifravimu jis užsiėmė atskirai nuo „oficialaus“ tarptautinio projekto, o nemažai Venterio metodų nekėlė pasitikėjimo. Be to, jis rengėsi visa tai panaudoti medicininiais ir komerciniais tikslais. Jo grupei pavyko perskaityti žmogaus genomą netgi anksčiau už konkurentus, tačiau netrukus po to Venteriui teko grupę palikti.

Puikūs organizatoriaus ir mokslininko įgūdžiai, drauge su sąmoningu ar nevalingu skandalingumu pavertė Venterį išties stambia šiuolaikinio mokslo figūra. Neseniai jis išleido knygą „Gyvenimas šviesos greičiu: nuo dvigubos spiralės link skaitmeninės būties“ (Life at the Speed of Light: From the Double Helix to the Dawn of Digital Life), kurioje tarp viso kito prašė pirmojo per visą istoriją sintetinio organizmo sukūrimą. Interviu žurnalui Wired jis supažindino ne tik su šio darbo rezultatais, bet ir apie tai, ką mokslininkas galvoja apie sintetinės biologijos dabartį ir ateitį, apie mokslo etikos problemas ir netgi apie gyvybę Marse.

-Savo „Gyvenime šviesos greičiu“ jūs tvirtinate, kad žmonija žengia į naują evoliucijos fazę. Kaip jūs tai suprantate?

-Industrinė epocha baigiasi, pereiname į biologinio dizaino erą. Jau dabar DNR egzistuoja skaitmeninių duomenų pavidalu. Plėtojantis genų inžinerijai ir sintetinei biologijai mes galime manipuliuoti DNR kaip tik norime, o suskaitmeninę biologinę informaciją, galime perduoti ją elektromagnetinių bangų pagalba kur tik norime, tarsi turėdami savotišką „biologinį teleportatorių“. Genomas – tai kažkas panašaus į ląstelės programinę įrangą, ir kuo daugiau me apie ją sužinome, tuo geriau suprantame, kaip veikia ląstelė. Dar daugiau – mes galime redaguoti tą „operacinę sistemą“ taip, kad pakeistume ląstelės „geležies“ darbą.

-Iš viso to, ką jūs nuveikėte per pastaruosius 20 metų, ką laikote svarbiausiu?

-Sintetinės ląstelės kūrimo projektą. Bet jeigu reikėtų išskirti kokį nors vieną tyrimą, kuris labiau už kitus praplėtė mano pažiūras apie gyvybę, tai būtų 2007 metų darbas, paskelbtas Science. Jame mes ne tik įsitikinome, kad manipuliuojant DNR galima vieną gyvybės rūšį pakeisti kita, bet ir pasidarė galutinai aišku, kad su genomu galima elgtis kaip su programa ir būtent šis darbas padėjo pagrindus sintetinės ląstelės sukūrimui.

-Jūsų knygoje esama įspūdingų pavyzdžių, iliustruojančių nesėkmes, su kuriomis susidūrėte, kurdamas sintetinį organizmą. Koks nusivylimas buvo stipriausias?

-Kai mes tiktai pradėjome darbus su sintetiniu organizmu JCVI-syn1.0, kaip pradžios tašką pasirinkome bakteriją Mycoplasma genitalium – dėl jos išimtinai nedidelio genomo. Tačiau paaiškėjo, kad bakterija laboratorinėmis sąlygomis auga nepaprastai lėtai. Jeigu, tarkime, žarnyno lazdelė dalijasi kartą per 20 minučių, tai Mycoplasma genitalium tam prireikdavo 12 valandų. Vadinasi, vietoje to, kad sužinotume eksperimento rezultatus jau sekančią dieną, prireikdavo kelių savaičių. Jaučiau, kad visas nelengvas darbas, išeikvotas šiai bakterijai, baigsis niekuo ir mes perėjome prie Mycoplasma mycoides, kurios genomas dvigubai didesnis, bet kuri auga žymiai greičiau.

-Daugeliui jūsų kolegų padarė įspūdį jūsų darbas, vieni žavėjosi pačiu dirbtinės ląstelės sukūrimo faktu, kiti – techninėmis gudrybėmis, kuriomis buvo pasinaudota. Tačiau buvo ir tokių, kurie žvelgė į dirbtinį organizmą gana atsainiai – atseit, tai visai ne tas pats, kas sukurti gyvybę „nuo nulio“.

-Taip kalbantys, ne visiškai supranta, ką šiuo atveju reiškia išsireiškimas „gyvybė nuo nulio“. Paimkime, pavyzdžiui, keksą. Jūs galite nusipirkti gatavą. Galite nusipirkti specialų mišinį, į kurį tereikia pridėti kiaušinių, sviesto ir vandens. Galite „sukonstruoti“ keksą iš individualių ingridientų: miltų, cukraus, druskos, pieno ir pan. Būtent tai tikriausiai ir galima pavadinti „keksu, pagamintu nuo nulio“. Bet vargu ar kas nors imsis sintetinti pačius ingridientus – sodą iš natrio ir panašiai. Jei perkelsime reikalavimą sukurti gyvybę „nuo nulio“ į sintetinių organizmų sferą, tai mums tektų konstruoti baltymus, lipidus, nukleino rūgštis netgi ne iš jų pirmtakų monomerų, bet iš pačių paprasčiausių elementariųjų periodinės lentelės dalelių.

-Esama lygiagrečiai vykdomų tyrimų, skirtų sintetinių organizmų sukūrimui, tačiau tik virtualiame pasaulyje, apie ką rašote savo knygoje. Kiek tinkami tokie modeliai?

-Virtualios ląstelės jau spėjo patvirtinti savo „kompetenciją“ – jos išties padeda sužinoti daugiau apie tai, kas vyksta realybėje. Apskritai šie tyrimai prasidėjo 1996 metais, kai Masarus Tomita su savo darbuotojais pradėjo darbuotis su ką tik iššifruotu Mycoplasma genitalium genomu ir ėmėsi taip vadinamo E-Cell projekto. Naujausi darbai liudija apie tai, kad tyrinėtojai gali, remdamiesi genomo informacija, sukurti virtualią ląstelę, kuri bus pakankamai panaši į realią.

-Jus nuolat įtraukdavo į diskusijas apie etinius sintetinių organizmų kūrimo aspektus. Ar yra prasmės kalbėti apie tai šiandien?

-Tyrinėtojų atsakomybės problema lydi bet kokius atradimus ir bet kokią technologiją, ir visus tokius klausimus galima būtų adresuoti, tarkime, tam, kuris pirmasis išgavo ugnį. Kas kelis mėnesius vyksta įvairūs vieši renginiai, skirti etinėms problemoms naujų technologijų srityje. Suprantama, svarbu dėti visas pastangas visose visuomeninėse srityse, nuo švietimo, iki politikos, kad naujos technologijos liktų ne tik efektyvios, bet ir saugios. Tačiau nereikia pamiršti, kad sintetinė biologija gali suteikti atsakymus į esminius medicinos, ekologijos ir kitų mokslo sričių klausimus, svarbius visiems ir kiekvienam.

-Kur slypi didesnis pavojus – tyrinėtojų klaidose ar piktybiniame biologinių tyrimų rezultatų naudojime?

-Man labiau rūpi atsitiktiniai mokslinės informacijos nutekėjimai. Sintetinė biologija labai pasikliauja nebiologinio profilio tyrinėtojais, matematikais ir inžinieriais, kurių žinios biologijos srityje ne tokios jau ir didelės. O antra – molekulinės biologijos metodai šiandien yra pernelyg prieinami. Rinkinys, skirtas atlikti polimerinę grandininę reakciją, leidžia tą reakciją atlikti vos ne namuose. Ir visos šios biologinės žinios gali lengvai ištrūkti už struktūrų ribų – vyriausybinių, komercinių, universitetinių, kurios užtikrina saugumą ir mokslinių tyrimų kultūrą. Tokių informacijos nutekėjimų pasekmės yra nenuspėjamos, ypač, jei kalba eina apie „programuojamą gyvybę“.

-Ar nevertėtų tokiu atveju apskritai atsiakyti sintetinės biologijos?

-Mano pati didžiausia baimė visgi susijusi ne su tuo, kad technologijos mums pakenks, o su tuo, kad praleisime šansą, kurį jos mums suteikia. Jų pagalba galime išspręsti svarbiausias problemas, susijusias su gyventojų pertekliumi ir ekologiniais pokyčiais planetoje.

-Jūs dirbote su problema, kaip paversti DNR informaciją skaitmeniniu signalu ir kaip tą signalą perduoti į mašiną, kuri jo pagrindu rekonstruos gyvą organizmą.

-Dabar mes galime atiduoti skaitmeninį DNR kodą programai, kuri atkurs, sintezuos visą seką, tokius eksperimentus mes darome savo kompanijoje Synthetic Genomics (Venteris įkūrė šią kompaniją drauge su savo kolega, Nobelio laureatu Haliltonu Smitu). Aparatas sintezatorius sukuria trumpas DNR sekas, kurias paskui sujungia specialus „surinkėjas“. DNR fragmentų sintezė, jų pažymėjimas specialiais ženklais, rodančiais kokia tvarka juos reikia sujungti, pats sujungimas – visa tai daroma automatiškai. Mes naudojamės mobilia laboratorija, kuri leidžia paimti terpės pavyzdžius, analizuoti juose DNR – gauta informacija sudaro savotišką „debesį“. Duomenis iš tokio debesies galima perduoti sekančiam blokui, kuris kombinuos iš jų naujo organizmo programą.

-Ką gali duoti tokia programa praktiškai?

-Pats akivaizdžiausias panaudojimas – sukurti vakcinas prieš virusus. Kai 2009 metais įsiplieskė kiaulių gripo pandemija, per pusmetį buvo sukurta šimtai milijonų dozių vakcinos, tačiau netgi šito buvo per mažai, tada, priminsiu, žuvo 250 000 žmonių. Gaminant vakcinas, virusas auga apvaisintuose vištos kiaušiniuose, procesas užima 35 dienas. Kuo stipresnis, kuo patogeniškesnis virusas, tuo mažiau laiko lieka kurti vakcinai.

Šiandien mes drauge su firma „Novartis“ kaip tik užsiimame šio proceso paspartinimu mūsų metodo pagalba. Viruso genomas nuskaitomas, po to atrenkami genai, kurie gali pasitarnauti kaip puiki medžiaga vakcinai, tarkime, apvalkalo baltymų genai. Toliau šie baltymai testuojami – kokio stiprumo imunitetą gali sukelti. Informacinis darbas su virusu leidžia sukurti vakciną mažiau nei per 5 dienas. Metodas buvo išbandytas dar 2011 metais ir nuo to laiko pademonstravo savo efektyvumą daugelio gripo štamų atžvilgiu.

-O dar jūs užsiimate bakterijų atsparumo vaistams problema.

-Taip, atsparių bakterijų baimė daug ką verčia kalbėti apie tai, kad mes greitai sužinosi, kaip gyvenosi mūsų protėviams, neturėjusiems antibiotikų. Tačiau yra gera alternatyva antibiotikams – tai fagai. Kas kelias dienas pusė visų planetos bakterijų žūsta nuo fagų. Medicinos požiūriu fagai turi pranašumą prieš antibiotikus: jie labai specifiniai ir nenaikina gerybinių simbiotinių bakterijų. Tačiau bakterijos, savo ruožtu, susikuria atsparumą ir fagams. Be to, pats žmogaus organizmas stengiasi atsikratyti jų kiek įmanoma greičiau. Ir vėlgi informacinės manipuliacijos su DNR leidžia išspręsti šitas problemas – tereikia tiktai sukurti reikalingą programą fagui. Suprantama, teks išbandyti daugybę variantų, tačiau mūsų metodas leidžia projektuoti ir kurti iki 300 naujų fagų per dieną, taip kad daugybė variantų – ne problema.

Nors šiandien mes apriboti nedidelių organizmų – virusų ir bakterinių ląstelių, ateityje ruošiamės pereiti prie sudėtingesnių sistemų, įskaitant audinius.

***

Akivaizdu, kad organizmų konstravimas ir perkonstravimas DNR „softo“ pagalba išties gali atverti prieš mus biologinio dizaino epochą. Tačiau Kreigo Venterio ambicijos vien tiktai mūsų planeta neapsiriboja. DNR konstruktoriai ir DNR siųstuvai gali smarkiai palengvinti gyvenimą, pavyzdžiui, Marso kolonistams, kuriems tokiu atveju nereikėtų temptis su savimi iš Žemės augalų ir bakterijų. Sprendžiant iš to, kad Venterio tyrimus finansuoja NASA, amerikiečių kosmoso valdininkai suvokė idėjos mastą.

Tačiau Venteris tikisi daugiau, jis mano, kad DNR iššifravimo ir analizės metodai leis aptikti gyvybę kitose planetose. Tame tarpe ir Marse. Taip, Venteris yra vienas iš tų, kuriems klausimas „ar egzistuoja Marse gyvybė?“ iki šiol neprarado aktualumo. Jo manymu, gyvybės kosmose neaptiko iki šiol tiktai todėl, kad blogai ieškojo. Jis pasakoja apie savo darbą su BP, kai vandens pavyzdžiuose, iškeltuose iš metano telkinių 2.2 kilometro gylyje buvo atrasta neregėta mikrobų gausybė, beveik tokia pati, kaip ir okeane. Ir jeigu jau Žemės gelmėse dedasi tokie dalykai, tai kodėl bakterijos negalėtų gyvuoti Marso gelmėse?

WWW

Patiko straipsnis? Pasidalinkite su draugais tinkluose!