"Obce" DNA na Ziemi. Nie przybyło z kosmosu, to ludzie je stworzyli
Syntetyczne życie to scenariusz znany z mniej lub bardziej udanych filmów science-fiction. Jednak technologia, pozwalająca je tworzyć, już istnieje. I jest stale rozwijana. 2019 ma być rokiem, w której rozwój tej dziedziny nauki pójdzie zdecydowanie na przód.
Rok 2016 – w laboratoriach firmy Synthetic Genomics powstaje nowe życie. Nazwane roboczo JCVI-syn3.0. Jest zbudowane z 473 genów, wszystko powstało bez pomocy natury. Cały eksperyment miał przede wszystkim sprawdzić, za co odpowiadają pojedyncze geny w organizmach.
Eksperyment oparto na badaniach z 2014 roku. Wtedy Floyd Romesberg z kalifornijskiego Lomersberg Lab wytworzył XNA - kwas kseno nukleinowy. To syntetyczna alternatywa dla DNA. Przy jej wytworzeniu wykorzystuje się adeninę, cytozynę, guaninę oraz tyminę. Czyli aminokwasy, które nie występują wśród nukleotydów, budujących kwasy nukleinowe.
Ale historia syntetycznego DNA sięga jeszcze dalej. Już w 2012 roku przekonywano, że syntetyczne organizmy są trendem przyszłości, a "Dna jest passé".
Struktura XNA przypomina skręconą drabinę, czyli podwójną helisę. To punkt wspólny XNA z DNA. Już od lat 80. naukowcy eksperymentowali z cukrami, aby otrzymać syntetyczne kwasy nukleinowe przydatne w badaniach medycznych.
- Trudno sobie wyobrazić życie bez systemu przechowywania i powielania informacji genetycznej, ale DNA i RNA nie są jedyną opcją - wyjaśnia Philipp Holliger z Medical Research Council’s Laboratory of Molecular Biology w Cambridge. - Inne podobne polimery, a jest ich jeszcze co najmniej sześć, mogą pełnić te same funkcje - dodaje. Holliger pracował nad XNA jeszcze wcześniej niż Romesberg, wykorzystali jednak inne cząsteczki – cykloheksan i treozę.
Zespół Romesberga otrzymał takie enzymy, które przy współpracy z XNA tworzą kompletny system genetyczny. Dzięki nim XNA zdolne jest do tego, co nie jest możliwe w przypadku innych syntetycznych kwasów nukleinowych, czyli ewolucji molekularnej.
Wewnątrz żywych komórek enzymy zwane polimerazami wycinają, wklejają i łączą cząsteczki DNA w celu uzyskania z nich informacji genetycznej. Wtedy przewidywano, że jeśli Holligerowi uda się zwiększyć funkcjonalność XNA enzymów, będzie można zastąpić nim DNA i RNA w żywych komórkach.
Metodą, którą można dokonać, jest oczywiście CRISPR. "Nauka wykorzystuje ten system do modelowania chorób – nowotworowych i genetycznych. CRISPR/Cas9 pozwala odpowiedzieć na pytanie, skąd wzięła się choroba, poznanie, jak się tworzy i rozwija, jaka jest jej patofizjologia", mówiła w wywiadzie dla WP dr Zuzanna Bukowy-Bieryłło.
"Nauka wykorzystuje ten system do modelowania chorób – nowotworowych i genetycznych. CRISPR/Cas9 pozwala odpowiedzieć na pytanie, skąd wzięła się choroba, poznanie, jak się tworzy i rozwija, jaka jest jej patofizjologia. Możemy też prześledzić za pomocą CRISPR, jakie jest pochodzenie konkretnych komórek w organizmie i oznaczyć wszystkie komórki, w których dany gen ulega ekspresji. Możemy też użyć CRISPR, by coś naprawić, wprowadzając do genomu zdrową sekwencję" – mówiła dr Zuzanna Bukowy-Bieryłło.
Pojawiają się jednak wątpliwości etyczne w stosunku do CRISPR/Cas9. Z prostego powodu - na wczesnym etapie rozwoju zarodka jest możliwa edycja DNA wszystkich komórek. Z tego zarodka możemy stworzyć organizm człowieka, który od początku będzie całkowicie zmodyfikowany.
Przedsmak tej metody mogliśmy podziwiać ostatnio. Chiński naukowiec He Jiankui potwierdził, że na początku listopada urodziły się bliźniaczki modyfikowane genetycznie. Lulu i Nana mają być odporne na wirusa HIV. Od tamtego czasu Jiankui zapadł się pod ziemię. Z prawdopodobną pomocą chińskiego rządu.
A XNA jest komplementarne względem DNA. Może być niezwykle przydatne w badaniach biologicznych, biotechnologicznych i medycznych. Przewiduje się, że po wprowadzeniu do ludzkiego organizmu wykryje wczesne oznaki choroby, niewykrywalne za pomocą współczesnych technik.
Między 2018 a 2025 rokiem rynek biologii syntetycznej ma wzrosnąć o 28,2 proc. Rynek będzie wtedy wart ponad 56 milionów dolarów. Jednak już w 2019 niezbędna będzie debata na temat tego, jak i czy można tworzyć syntetyczne organizmy. Nie mówiąc już o tym, czy dopuszczamy możliwość istnienia sztucznie hodowanych ludzi, jak zauważa Vint Cerf, wiceprezes Google. To daleka przyszłość, dla niektórych nierealna. Ale tak samo kilka dekad temu XNA również było postrzegane jako nieosiągalny scenariusz.