Forskere har længe undret sig over: kan de skabe en fuldgyldig syntetisk livsform? Biolog Anthony José introducerede konceptet med en cellulær kode, hvis viden er nødvendig for at opnå en kunstig organisme.
På nuværende tidspunkt er forskere lige begyndt at producere kunstige livsformer ved at samle genomener til encellede mikroorganismer. Især i marts sidste år optrådte en artikel i en af de specialiserede publikationer, hvor forskere beskrev processen med at skabe en bakterie mycoplasma med det mindst mulige antal gener. For at få det ønskede resultat indsatte forskere skiftevis fragmenter af det ændrede genom, som var næsten halvdelen af originalens størrelse, i modtagercellen med det ødelagte DNA.
I år formåede amerikanske forskere fra Johns Hopkins University at få gær med kunstige kromosomer, hvorfra ubrugelige og defekte gener blev fjernet. Derudover lykkedes det forskerne at bryde den genetiske kode ved at ændre tripletterne af TAG-proteinerne til TAA. På grund af dette slap organismerne af det ekstra fragment, der tjente TAG-kodonerne.
Mens nogle forskere forsøger at skabe encellede organismer fri for genetisk snavs, prøver andre forskere på samme tid at foretage ændringer i den måde, proteiner kodes på af en DNA-sekvens. I øjeblikket er fremskridt i denne retning mere end beskeden. Det lille, der er gjort, er at diversificere DNA-alfabetet. Flere bogstaver blev føjet til de fire allerede eksisterende nukleotidbogstaver. En af de videnskabelige artikler beskriver, hvordan en international gruppe forskere formåede at indsætte kunstige nukleotider Y, X i genomet af E. coli. På trods af at noget lignende blev gjort før, lykkedes det forskerne at sikre, at bakterierne bevarede en syntetisk del i deres DNA, men mens man med succes udvikler sig.
Dette er dog kun det første skridt mod en fuldgyldig kunstig organisme. I det næste trin agter forskere at lave kunstige nukleotider, der koder for aminosyrer. I E. coli blev syntetiske proteiner Y, X placeret i en sikker del af genomet uden for de kodende gener af sekvenser. Ellers ville nye peptider simpelthen afbryde processen med proteinsyntese. Cellen ville simpelthen ikke vide, hvilken aminosyre denne eller den anden kodon (YGC eller ATX) var ansvarlig for. Biologer har endnu ikke oprettet et nyt transport-RNA, der er i stand til at genkende sådanne tripletter og indsætte en bestemt aminosyre i den voksende peptidsekvens.
Men selv under sådanne forhold kan en sådan organisme næppe kaldes kunstig. Samtidig forstår forskere, hvad deres næste handlinger vil være. En syntetisk organisme modtager ikke kun nye nukleotider, men også nye aminosyrer, som enten slet ikke forekommer eller er ekstremt sjældne inde i cellen. Forskere er godt klar over, at alle tripletter af nukleotider kun kodes af tyve standardaminosyrer. Nogle andre aminosyrer, herunder selenocystein, kan inkorporeres i proteinet under visse betingelser. Takket være de yderligere bogstaver i den genetiske kode vil det være muligt at berige proteinet og danne kodoner, der svarer til de nye aminosyrer.
På trods af at syntetisk biologi har gjort nogle fremskridt, ved forskere stadig ikke nøjagtigt, hvilke oplysninger der er vigtige for at opnå en organisme med de givne egenskaber. DNA-sekvensen er kun et udgangspunkt. Alle celler i en plante eller et dyr indeholder det samme genom, men i løbet af udviklingen af organismer er cellerne afgrænset, med andre ord udfører de forskellige funktioner. I denne proces spiller sekundær (såkaldt epigenetisk) regulering en vigtig rolle, hvor visse gener slukkes eller aktiveres af forbindelser. I sidste ende kan en celle transformere til en fibroblast og en anden til en neuron.
Anthony José, en biolog ved University of Maryland, studerer, hvordan ikke-genetisk information definerer en organisme. Forskeren foreslog konceptet med en cellulær kode, der er indesluttet i biologiske molekyler placeret i et tredimensionelt rum. Disse molekyler er nødvendige for at genskabe resten af organismen. For at gemme disse oplysninger er alle celler i en kompleks organisme ikke nødvendige; flere eller endda en celle vil være nok. For organismer, der reproducerer seksuelt, er et sådant arkiv zygoten (dette er en celle, der dannes, efter at en kvindelig gamet er befrugtet af en sæd).
Salgsfremmende video:
Ifølge forskeren er det nødvendigt at studere hele cyklussen af organismenes rekonstruktion for at dechifrere den cellulære kode. Med andre ord er det nødvendigt at betragte udviklingen af en levende organisme og dens reproduktion som en enkelt proces. For fuldt ud at forstå, hvordan dette fungerer, er det ikke nok at dechifrere DNA.
Under dannelsen af en zygote påvirkes dannelsen af en ny organisme ikke kun af DNA opnået fra oocyten og sædcellerne, men også af cytoplasmaet af gameten. Stoffer, der akkumuleres under modning af kønsceller (mRNA, proteiner, transkriptionsfaktorer) kan forårsage maternel effekt. De er til stede i de tidlige stadier af embryonets udvikling og er endda i stand til at dræbe det (dette er typisk for majbaglerne). Den rumlige struktur af disse stoffer spiller også en bestemt rolle. Især danner de kropsakserne i insekter og bestemmer skallenes krøller i bløddyr.
Forskeren vil foreslå følgende skema: en celle, der har biologiske makromolekyler og andre forbindelser, i færd med at interagere med næringsstoffer, signalmolekyler og temperatur (det vil sige eksterne faktorer), går ind i en anden tilstand, som igen påvirker miljøet. På samme måde gennemgår hele systemet et bestemt antal cyklusser, mens der akkumuleres nye stoffer. Den nye fase afhænger af den forrige, så den kan forudsiges.
Jose er bekymret for, at biologer stadig ikke kender hele den cellulære kode for den enkleste organisme, men de, der alligevel arbejder med DNA, er alligevel allerede begyndt at skabe en semi-kunstig livsform. Ifølge forskeren ligner sådanne manipulationer med genetisk materiale udskiftning af dele i en eller anden mekanisme, så de kan være meget risikable set fra etisk synspunkt.
For at dechifrere den cellulære kode foreslår biologen at sammenligne de interne egenskaber ved zygoter i en række generationer af de enkleste mikroorganismer, for eksempel encellede alger. Til disse formål kan semi-kunstige bakterier med et minimalt genom også være egnede. Ved at studere faderens eller moderens effekt vil det være muligt at etablere betydelige eksterne faktorer. Og studiet af det rumlige arrangement af vigtige molekyler kan udføres ved hjælp af systematisk biokemisk og molekylær analyse ved hjælp af fluorescerende molekyler.