Защо учените се нуждаят от изкуствен живот? Какво ще променни редактирането на човешките гени? Докъде ще доведе „бума“  на генното инженерство? Опасна ли е новата ера в живота на човечеството  – създадването на изцяло изкуствени форми на живот? Състезание с Бога ли е това?

SafeNews се опитва да отговори на всички тези въпроси, заравяйки се в миналото – от самото начало на появата на манията да създаваме изкуствен живот и достигайки до революционните нови стъпки в тази посока.

Да започнем с това, че наскоро гръмна новина: Учените са създали най-сложния изкуствен организъм в историята. Нито един ген не е пренесен от живо същество; цялата му ДНК е синтезирана от нулата по химичен път. Биолозите са завършили създаването на най-сложното досега същество с напълно изкуствени гени. Това е първият синтетичен организъм, принадлежащ към еукариотите – същия клон на живия свят като човека. Преди това учените успяваха да синтезират само вируси и бактерии, които имат много по-проста структура.

ДНК, идентична с естествената ДНК

Хората отдавна се намесват в ДНК на живите организми. Ерата на мутационното размножаване започва още през 30-те години на миналия век и продължава и до днес. Радиацията или химическите мутагени предизвикват огромен брой случайни мутации, някои от които се оказват полезни. Така са създадени сортове културни растения, които екоактивистите смятат за естествени и не са ГМО. След това се появява генното инженерство. Специалистите внимателно изрязват и вмъкват отделни гени на точното място, като оставят останалата част от генома непокътната. Възможно е да се трансплантират гени между много отдалечени видове. Например инсулинът се произвежда във фармацевтичните заводи от бактерии, в които са трансплантирани човешки гени. Въпреки това донорът на гени все още е жив организъм.
Пред очите ни обаче започва нова ера – ерата на директния синтез на ДНК от най-простите компоненти. Учените създават гени и цели геноми от нулата.

Сътворение на живот

Възможността за създаване на изкуствена ДНК не би трябвало да ни изненадва. В края на краищата ДНК е химическо вещество. Нюансът е в това, че тя е най-сложното химическо вещество в природата. В молекулата на човешката ДНК има десетки милиарди атоми. За сравнение, молекулата на опаковъчния полиетилен има само няколко хиляди. Молекулата на ДНК е спирала от две нишки, които се увиват една около друга. Всяка нишка се състои от повтарящи се връзки, подобно на влак от вагони или дума от букви. Срещу всяко звено от една верига се намира звено от друга верига, така че е удобно дължината на молекулата да се отчита по двойки звена или, както казват биолозите, по базови двойки.

Първата молекула ДНК, способна да изпълнява биохимична функция, е синтезирана през 1970 г.

Това е много къс – само 77 базови двойки – участък от генома на дрождите. Оттогава технологиите за синтез на ДНК се развиват. През 2002 г. е синтезиран пълният геном на вируса на полиомиелита, в резултат на което е създаден вирус, способен да заразява живи клетки. Той може да се нарече първото синтетично живо същество, въпреки че не всички биолози признават вирусите за живи.

Следващият голям пробив е през 2008 г.

Учените синтезират пълния геном на бактерията Mycoplasma genitalium. Mycoplasma genitalium има най-краткия геном сред всички същества, способни да се възпроизвеждат самостоятелно. Той има 583 000 базови двойки, което е по-малко само при вирусите и бактериите, живеещи в чужди клетки.

През 2010 г. най-накрая е създадена първата бактерия с напълно синтетичен геном.

Биолозите синтезират генома на M. mycoides (повече от един милион базови двойки) и леко го променят. По-специално експериментаторите кодирали в ДНК имената и електронните адреси на основните участници в проекта. Полученият геном е трансплантиран в клетката на бактерия от друг вид – M. capricolum. Това може да се нарече операция за смяна на вида. Потомството, получено след разделянето на „оперираната“ клетка, изглеждаше и се държи като естествения M. mycoides. Изкуственият произход на ДНК не им попречил да растат и да се възпроизвеждат.

През 2016 г. същата научна група съобщава за още по-смел експеримент.

Учените намалили генома на „синтетичния“ M. mycoides почти два пъти, като премахнали всички гени с изключение на най-съществените. Резултатът е живо същество, което няма аналог в природата. Въпреки това миниверсията на бактерията се размножава много по-бавно от естествения си прототип. Но след много поколения тя намалява тази разлика чрез естествена еволюция.

Победа над сложността

Още през 2006 г. друга група учени си поставя за цел да създаде първия синтетичен геном на клетка, която е много по-сложна от бактериална клетка. Геномът на типична бактерия рядко надхвърля 5 милиона базови двойки. Той се побира в една молекула ДНК и следователно в една хромозома. Тази хромозома плава директно във вътреклетъчната среда: бактерията няма ядро, нито други органи (или по-скоро органели). Като цяло бактериалната клетка е доста проста, въпреки че е добре проектирана. Клетките на еукариотите, които включват всички многоклетъчни и много едноклетъчни организми, са доста по-различни. Те имат ядро и други органели, някои от които снабдяват клетката с енергия, други синтезират белтъци, трети отстраняват отпадъчните продукти. При многоклетъчните организми самите клетки са различни, специализирани за своите задачи: нервни, мускулни и др. За цялата тази сложност трябва да платим за дължината на генома. Например в една човешка клетка има 46 хромозоми, а нашата ДНК има повече от 3 милиарда базови двойки.

Разбира се, биолозите не започват веднага с човешка клетка.

За основа са взели хлебната мая – едноклетъчната гъба Saccharomyces cerevisiae. Проектът за създаване на първия еукариот със синтетичен геном е наречен Saccharomyces cerevisiae 2.0 (Sc 2.0). Естествената мая има 16 хромозома и 12,5 милиона базови двойки. Но изследователите си поставят още по-трудна задача от простото копиране на естествения геном. Те го съкращават с 8 %, като изхвърлят „счупени“ и вредни участъци от ДНК. Някои фрагменти са отстранени от 16 нормални хромозоми и са прехвърлени в неохромозома, която няма аналог в природата. В генома са направени още няколко изменения, за да се улесни по-нататъшното му редактиране. Но най-важното е, че трябвало да се синтезира цялата ДНК в клетката. Този многогодишен проект вече е завършен. В неотдавнашна статия учените съобщават за синтеза на шестнадесетата и последна хромозома, съдържаща 903 000 базови двойки. Така е създаден първият еукариотски организъм със синтетичен геном. Натрупаният опит ще помогне за създаването на по-сложни клетки. В бъдеще ще бъде възможно да се синтезира геномът на растение, животно или човек от нулата.

Защо учените се нуждаят от изкуствен живот?

Защо да не се задоволят с трансплантирането на гени от един жив организъм в друг? Не е изключено след време просто да се окаже по-евтино да се създаде изкуствен геном, отколкото да се редактира естествен. Синтезът на ДНК фрагменти, дълги хиляди базови двойки, се превърна в доказана търговска технология през 2010-те години. Създавайки изкуствени клетки, биолозите научават много повече за това как работят естествените клетки.

Друга област на внимание е химическата и фармацевтичната промишленост.

Експеримент за намаляване на генома на бактерия показва, че изкуствените организми могат да бъдат проектирани много по-просто от естествените прототипи. Това означава, че ще бъде по-лесно те да бъдат модифицирани за задачи като производството на инсулин или други вещества.
Синтезът на вируси е полезен за производството на ваксини и такива експерименти вече са проведени. Той обаче открива и големи възможности за създаване на биологични оръжия.

Всяка технология е нож с две остриета. В далечното и не толкова далечното бъдеще е възможно да се създадат принципно нови видове растения и животни. Можем само да се чудим как това може да промени живота ни.

Автор:SafeNews