Autorius André O. Hudson, „The Conversation“
Iliustracijos šaltinis: David McLeod. „Nature“ DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-018-07289-x
Kai mokslininkas J. Craigas Venteris ir jo komanda 2010 m. paskelbė, kad sukūrė pirmąją ląstelę, valdomą visiškai sintetinio genomo, tai buvo lūžio taškas mokslininkų mąstyme apie gyvybę.
Pirmą kartą DNR – molekulė, kurioje yra gyvybės instrukcijos – buvo parašyta kompiuteriu, surinkta laboratorijoje ir panaudota gyvai ląstelei valdyti. Šis pasiekimas leido suprasti kai ką gilaus: gyvybė gali būti ne tik suprantama, bet ir sukurta.
Biologas, plačiai pripažintas už savo novatorišką indėlį į genomiką, įskaitant vadovavimą pastangoms sekvenuoti pirmąjį žmogaus genomo juodraštį, Venteris ir jo komanda sėkmingai sukūrė pirmąją sintetinę bakterinę ląstelę, laikomas esminiu sintetinės biologijos srities žingsniu.
Derindama biologiją ir inžineriją, sintetinė biologija siekia kurti naujas biologines sistemas arba pertvarkyti esamas naudingais tikslais. Užuot tik stebėję, kaip veikia gyvybė, mokslininkai naudoja tokius įrankius kaip DNR sintezė ir genetinė inžinerija, kad „programuotų“ ląsteles atlikti konkrečias užduotis, pavyzdžiui, gaminti vakcinas, kurti tvarų kurą ar aptikti aplinkos toksinus.
Sintetinė biologija siūlo ir viliojančius pažadus, ir bauginančią riziką.
Tačiau kiek toli ši sritis nuėjo nuo Venterio originalios sintetinės bakterinės ląstelės?
Kaip biochemikui, kuris naudoja genomiką mokymui ir tyrimams, įdomu suprasti, ką reiškia šis biologijos pokytis ir kiek toli jis iš tikrųjų nuvedė mokslines inovacijas. Po Venterio mirties 2026 m. balandžio 29 d. verta dar kartą prisiminti tą akimirką ir paklausti, ar sintetinė biologija ištesėjo savo pažadą.
Kas yra sintetinė biologija?
Didžiąją XX amžiaus dalį biologija daugiausia dėmesio skyrė gyvybės dekodavimui.
DNR struktūros atradimas 1953 m. atskleidė, kaip saugoma genetinė informacija. Po dešimtmečių Žmogaus genomo projektas, kurį Venteris padėjo paspartinti, nubraižė visą žmogaus genų rinkinį.
Tačiau Venteris ir kiti šią sritį pastūmėjo toliau: jei DNR galima skaityti kaip kodą, ar ją galima ir parašyti?
Ši idėja yra sintetinės biologijos, kurios tikslas – kurti ir konstruoti biologines sistemas, o ne tiesiog jas tirti, pagrindas. Užuot modifikavę po vieną geną, tyrėjai pradėjo tyrinėti, ar galima sukurti ir įterpti į ląsteles ištisus genomus.
2010 m. Venterio komanda įrodė, kad tai įmanoma. Jie sukūrė bakterijos genomą ir panaudojo jį gyvai ląstelei valdyti. Nors pati ląstelė nebuvo sukurta visiškai nuo nulio, jų darbas parodė, kad gyvybės instrukcijas galima sukurti.
Kitaip tariant, sintetinės biologijos specialistai nuo gyvybės skaitymo perėjo prie visiško jos perrašymo.
Dideli pažadai ir drąsūs lūkesčiai
Sintetinė biologija jau davė daug žadančių rezultatų medicinos, energetikos ir aplinkos mokslų srityse.
Tyrėjai sukūrė mikrobus, kurie gamina gyvybę gelbstinčius vaistus, tokius kaip artemisininas – junginys nuo maliarijos, ir tvarų biokurą, kuris galėtų sumažinti priklausomybę nuo iškastinio kuro. Be to, tyrėjai naudoja sintetinę biologiją kurdami organizmus, gebančius aptikti ir skaidyti aplinkos teršalus, siūlydami naujas bioremediacijos priemones.
Šių idėjų centre buvo galinga analogija: jei biologiją būtų galima traktuoti kaip programinę įrangą, tai organizmų kūrimas vieną dieną galėtų priminti kodo rašymą.
Ši vizija pritraukė didelį investicijų ir politikų dėmesį. JAV vyriausybės atskaitomybės tarnyba pabrėžė sintetinės biologijos potencialą spręsti iššūkius įvairiose pramonės šakose ir kartu iškėlė svarbius etinius bei saugos aspektus. Pavyzdžiui, sintetinės biologijos metodai galėtų būti naudojami biologiniams ginklams kurti ir galėtų netyčia pakenkti ekosistemoms bei žmonių sveikatai.
Pažanga lėtesnė nei tikėtasi
Nepaisant šios pažangos, sintetinė biologija dar neįgyvendino savo ankstyvųjų ambicijų. Viena pagrindinių priežasčių yra gyvųjų sistemų sudėtingumas.
Ankstyvieji sintetinės biologijos metodai ląsteles laikė modulinėmis sistemomis, kuriose komponentus galima nuspėjamai keistis. Praktiškai biologinės sistemos yra labai tarpusavyje susijusios. Genų sąveiką sunku numatyti, o kontroliuojamomis laboratorinėmis sąlygomis gauti rezultatai ne visada atitinka realią aplinką.
Šis iššūkis ypač išryškėjo tokiose srityse kaip biokuras, kur laboratorinių sėkmių perkėlimas į pramoninio masto gamybą pasirodė esąs sudėtingas.
Taip pat yra ir fundamentalesnių apribojimų. Mokslininkai vis dar negali sukurti visiškai gyvo organizmo vien iš negyvų komponentų. Net Venterio sintetinė ląstelė, kad galėtų funkcionuoti, priklausė nuo esamos biologinės sistemos. Todėl tikslas sukurti gyvybę visiškai nuo nulio kol kas lieka nepasiekiamas.
Nauji klausimai ir kylanti rizika
Tobulėjant technologijoms, jos taip pat iškėlė naujų etinių ir saugumo problemų. Tos pačios priemonės, naudojamos naudingiems organizmams kurti, gali būti panaudotos netinkamai.
Sintetinė biologija plačiai pripažįstama kaip dvejopo naudojimo sritis, kurioje genų redagavimo, DNR sintezės ir bioinžinerijos pažanga gali sudaryti sąlygas ne tik medicinos ir aplinkosaugos inovacijoms, bet ir kenksmingų organizmų kūrimui ar modifikavimui.
Didėjantis šių technologijų prieinamumas dar labiau sumažina kliūtis netinkamam naudojimui, todėl biologinio saugumo grėsmės tampa labiau išplitusios ir sunkiau kontroliuojamos. Tuo pačiu metu valdymo sistemos dažnai sunkiai spėja neatsilikti nuo sparčios technologinės plėtros, todėl lieka spragų priežiūroje ir tarptautinio koordinavimo srityje.
Be tiesioginės rizikos, lieka platesnių klausimų apie tai, kiek toli žmonės turėtų žengti pertvarkydami gyvybę ir kokias nenumatytas pasekmes tokie pokyčiai galėtų turėti ekosistemoms. Inžineriniai organizmai gali sukelti tokią riziką kaip genetinis užterštumas ir ekosistemų sutrikdymas, o tai pakenktų biologinei įvairovei ir ekosistemoms.
Tikėtina, kad šie rūpesčiai taps dar aktualesni, nes sintetinės biologijos technologijos toliau tobulėja, ypač todėl, kad atsirandančios priemonės, tokios kaip dirbtinis intelektas, spartina naujų biologinių sistemų kūrimą.
Venterio palikimas
Idėjos, kad gyvybę galima suprojektuoti, o ne tik stebėti, pasekmės vis dar atsiskleidžia.
Sintetinė biologija dar nesukūrė visiškai programuojamų organizmų, sprendžiančių pasaulinius iššūkius. Tačiau tai pakeitė tiek mokslo, tiek kitų sričių lūkesčius dėl to, kas galėtų būti įmanoma biologinio dizaino srityje.
Šia prasme sintetinės biologijos poveikis jau aiškus: ji pakeitė ne tik tai, kaip mokslininkai tyrinėja gyvybę, bet ir tai, kaip visuomenė įsivaizduoja jos ateitį.
Venterio palikimas apima klausimus, kuriuos jis padarė neišvengiamus: kiek toli mokslininkai turėtų eiti kurdami gyvybę, kas gali spręsti ir kokia atsakomybė ateina su šia galia? Atsakymai lieka neaiškūs. Tačiau atrodo, kad mokslas mokosi, kol kas atsargiai ir netobulai, kurti gyvybę.
Journal information: Nature
Genomo redagavimas: kaip CRISPR-Cas technologija sukėlė proveržį moksle
Kodėl gyvybė teikia pirmenybę vienai simetrijai nei kitai? Naujas tyrimas rodo į elektronų sukinį
Dr. C. Patinios: jei tikrai suprastume genomo redagavimą, jau būtume išgydę visas genetines ligas
VU mokslininkai – pirmieji lietuviai, iššifravę bakterijos genomą