Pierwsza komórka z syntetycznym genomem.07.06.2010

autor: lek. Sebastian Woźniak
Zakład Immunologii Nowotworów WCO w Poznaniu, Oddział Chemioterapii WCO w Poznaniu
słowa kluczowe: bakteria, DNA, genetyka, biotechnologia

20 maja bieżącego roku na stronie internetowej „Science” pojawiło się sensacyjne doniesienie. Po raz pierwszy w historii powstała komórka kontrolowana przez w pełni syntetyczny genom. By to osiągnąć potrzeba było ponad 10 lat pracy 20 osób i 40 milionów dolarów. Prace były prowadzone w J. Craig Venter Institute (JCVI) w Rockville w stanie Maryland w USA, a autorem jest sam J. Craig Venter ze współpracownikami. Wcześniej w 2007 roku ta sama grupa próbowała wykonać transplantację  chromosomu z jednego gatunku bakterii do drugiego. Ten eksperyment zakończył się porażką. Okazało się, że główną przeszkodą była inna metylacja zasad w przenoszonym chromosomie, znacznie różniąca się od metylacji oryginalnego DNA. Przenoszony materiał był więc łatwo rozpoznawany jako obcy i niszczony. Rozwiązaniem tego problemu jest przeniesienie całego genomu komórki.

Postanowiono wykorzystać zsekwencjonowany wcześniej genom bakterii Mycoplasma mycoides wielkości 1 miliona par zasad. Zaprojektowano i zakupiono określone fragmenty genomu, połączono je za pomocą komórek drożdży i wprowadzono do komórki Mycoplasma capricolum, usuwając równocześnie oryginalny genom. Niestety – bez efektu. Naukowcy zaprojektowali system wykrywający błędy w pojedynczych fragmentach syntetycznego DNA i wykorzystali go by zidentyfikować problem. Okazało się, że jedna para zasad jest nieprawidłowa. Po naprawieniu wadliwej części i włączeniu jej do genomu wykonano kolejną transplantację. Uzyskane komórki okazały się zdolne do replikacji i wykazywały wszystkie cechy M. mycoides. Ich obecna nazwa to M. mycoides JCVI-syn1.0.

J. Craig Venter i koledzy wykorzystali tą jedyną w swoim rodzaju okazję, by podpisać swoją pracę. W syntetycznym genomie ukryto cztery sekwencje, z których pierwsza zawiera informację jak odczytać zaszyfrowane dane, a pozostałe nazwiska naukowców biorących udział w projekcie, trzy znane cytaty i elektroniczny adres mailowy. Ten „znak wodny” pozwoli zawsze rozpoznać syntetyczne komórki i... stanowi wyzwanie dla reszty naukowców.

Powyższy eksperyment został uznany za krok milowy w dziedzinie biologii syntetycznej, jednakże wielu badaczy nie uważa go za tak rewolucyjny jak sami autorzy. Nie mamy do czynienia z tworzeniem nowego, syntetycznego życia, a jedynie z podmianą genomu na syntetyczną kopię już istniejącego. Pozostałe części komórki były całkowicie „naturalne”. Pokazano, że taka podmiana jest możliwa, ale równocześnie ukazały się dodatkowe trudności. Opracowanie syntetycznego genomu, sposób na jego „włączenie” w komórce docelowej, dodatkowe zabezpieczenia mające chronić środowisko naturalne przed inwazją udoskonalonych organizmów – każdy nowy „syntetyczny” organizm będzie wymagał indywidualnego podejścia w tych dziedzinach. Być może zespół z JCVI zapoczątkował nową tradycję podpisywania swoich prac w biologii molekularnej? Dochodzą też do głosu pytania natury etycznej i religijnej. Gdy wreszcie uzyskamy w 100% syntetyczną komórkę (tzw. protocell), czy będzie to już kreacja nowego życia?

Osobnym tematem jest zastosowanie tych odkryć w naszym życiu. J. Craig Venter pracuje obecnie z firmą ExxonMobil nad wyprodukowaniem alg wiążących dwutlenek węgla z atmosfery w celu produkcji paliwa oraz z firmą Novartis i Narodowym Instytutem Zdrowia nad stworzeniem gatunku bakterii produkujących szczepionki. Pierwszych doniesień na ten temat możemy spodziewać się w przyszłym roku.

*Wielkopolskie Centrum Onkologii, Zakład Immunologii Nowotworów.

Literatura:

  • D.G. Gibson et al. "Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome", Science, published online May 20, 2010, doi: 10.1126/science.1190719.

ISSN 1689-7730