Sidste uge samlet en gruppe på 150 inviterede eksperter på Harvard. Bag lukkede døre diskuterede de udsigterne til at designe og opbygge et helt menneskeligt genom fra bunden ved kun at bruge en computer, en DNA-synthesizer og råmaterialer. Et kunstigt genom vil derefter blive introduceret i en levende menneskelig celle for at erstatte dets naturlige DNA. Håbet er, at cellen vil "genstarte", ændre sine biologiske processer til at arbejde baseret på instruktionerne fra det kunstige DNA.
Med andre ord kan vi muligvis snart se den første "kunstige menneskelige celle."
Men målet er ikke blot at skabe Human 2.0. Gennem dette projekt, HGP-Write: Testing Large Synthetic Genomes in Cells, håber forskere at udvikle banebrydende og kraftfulde værktøjer, der fremmer syntetisk biologi mod eksponentiel industriel vækst. Hvis det lykkes, vil vi ikke kun erhverve biologiske værktøjer til at designe mennesker som en art: vi vil være i stand til at genskabe den levende verden.
Skabelse af liv
Syntetisk biologi er i det væsentlige et ægteskab mellem principperne for teknik og bioteknologi. Mens DNA-sekventering handler om at læse DNA, genteknologi handler om redigering af DNA, og syntetisk biologi handler om at programmere nyt DNA, uanset dets oprindelige kilde, for at skabe nye livsformer.
Syntetiske biologer ser DNA og gener som standardbiologiske byggesten, der kan bruges som de vil til at skabe og modificere levende celler.
Salgsfremmende video:
Der er konceptet med en designer inden for dette område, siger Dr. Jay Keesling, en pioner inden for syntetisk teknik ved University of California, Berkeley.”Når din harddisk dør, kan du gå til nærmeste computerbutik, købe en ny, udskifte den gamle,” siger han. "Hvorfor bruger vi ikke biologiske dele på samme måde?"
For at fremskynde fremskridt på dette område sammensætter Kisling og hans kolleger en database med standardiserede stykker DNA - kaldet BioBricks. Det kan bruges som puslespilstykker til at samle genetisk materiale, der aldrig er set før i naturen.
For Kisling og andre inden for området er syntetisk biologi som at udvikle et nyt programmeringssprog. Celler er hardware, hardware, mens DNA er software, der får dem til at fungere. Med tilstrækkelig viden om, hvordan gener fungerer, håber syntetiske biologer at være i stand til at skrive genetiske programmer fra bunden, skabe nye organismer, ændre natur og endda lede menneskelig udvikling i en ny retning.
I lighed med genteknologi giver syntetisk biologi forskere mulighed for at eksperimentere med naturligt DNA. Forskel i skala: Genredigering er en cut / paste-proces, der tilføjer nye gener eller ændrer bogstaver i eksisterende gener. Nogle gange ændres ikke meget.
Syntetisk biologi skaber derimod gener fra bunden. Dette giver forskere mere plads til at ændre kendte gener eller endda skabe deres egne. Mulighederne er næsten uendelige.
Biomedicin, biobrændstoffer, bioafgrøde
Eksplosionen af syntetisk biologi i løbet af de sidste ti år har allerede givet resultater, der har tryllebundet forskere og virksomheder. Tilbage i 2003 offentliggjorde Keesling en af de allerførste undersøgelser, der beviste og demonstrerede styrken ved denne tilgang. Det fokuserede på et kemikalie kaldet artemisinin, et stærkt lægemiddel mod malaria ekstraheret fra sød malurt (malurt).
På trods af adskillige forsøg på at dyrke denne plante forbliver dens udbytte ekstremt lav.
Kisling indså, at syntetisk biologi tilbød en måde at omgå høstprocessen helt. Ved at indføre de nødvendige gener i bakterieceller, begrundede han, kan du gøre disse celler til maskiner til produktion af artemisinin og give på deres bekostning en ny rigelig kilde til lægemidlet.
Dette var meget vanskeligt at gøre. Forskere havde brug for at opbygge en helt ny metabolisk vej i cellen, så den kunne behandle kemikalier, som den ikke vidste før. Gennem forsøg og fejl limede forskere snesevis af gener fra flere organismer sammen i en DNA-pakke. Ved at indsætte denne pose i E. coli - bakterien E. coli bruges ofte i laboratoriet til at producere kemikalier - skabte de en ny vej til bakterien, der gjorde det muligt for den at udskille artemisinin.
Ved at stramme de nødvendige nødder lidt mere lykkedes det Kisling og hans team at øge produktionen en million gange og reducere prisen på stoffet ti gange.
Artemisinin var kun det første skridt i et kæmpe program. Dette lægemiddel er et carbonhydrid, der tilhører en familie af molekyler, der ofte bruges til at fremstille biobrændstoffer. Hvorfor ikke anvende den samme proces til produktion af biobrændstof? Ved at erstatte de gener, som bakterier brugte til at fremstille artemisinin, med gener til produktion af biobrændstofkulbrinter, har forskere allerede lavet mange mikrober, der omdanner sukker til brændstof.
Landbrugsindustrien er en anden industri, der kan drage enorm fordel af syntetisk biologi. I teorien kunne vi tage de gener, der er ansvarlige for nitrogenfiksering i bakterier, placere dem i vores kulturs celler og fuldstændigt vende deres naturlige vækstproces. Med den rigtige kombination af gener kunne vi dyrke en afgrøde med et komplet spektrum af næringsstoffer, der kræver mindre vand, jord, energi og gødning.
Syntetisk biologi kunne anvendes til produktion af helt nye fødevarer, såsom dufte gennem gæring af modificeret gær eller veganske oste og andre mejeriprodukter, der er skabt uden hjælp fra dyr.
"Vi er nødt til at reducere emissioner af kulstof og forurenende stoffer, bruge mindre jord og vand, kontrollere skadedyr og forbedre jordens frugtbarhed," sagde Dr. Pamela Ronald, professor ved University of California, Davis. Syntetisk biologi kan give os de værktøjer, vi har brug for.
Genskaber liv
Øv dig til side! Et af de ultimative mål for syntetisk biologi er at skabe en syntetisk organisme, der udelukkende er fremstillet af specielt designet DNA.
Den største hindring nu er teknologi. DNA-syntese er i øjeblikket meget dyrt, langsomt og udsat for fejl. De fleste af de eksisterende metoder giver dig mulighed for at lave en DNA-streng på 200 bogstaver; normale gener er ti gange længere. Det humane genom indeholder ca. 20.000 gener, der producerer proteiner. Men omkostningerne ved DNA-syntese er faldet hurtigt i løbet af det sidste årti.
Ifølge Dr. Drew Andy, en genetiker ved Stanford University, er omkostningerne ved sekventering af et enkelt bogstav faldet fra $ 4 i 2003 til 3 cent i dag. De anslåede omkostninger ved udskrivning af alle 3 milliarder breve i det menneskelige genom i dag er $ 90 millioner, men forventes at falde til $ 100.000 over 20 år, hvis tendensen forbliver den samme.
I 90'erne begyndte Craig Venter, kendt for sin førende rolle i sekventering af det menneskelige genom, på udkig efter det mindste sæt gener, der var nødvendigt for at skabe liv. Sammen med kolleger ved Institut for genomisk forskning fratog Venter gener fra bakterien Mycoplasma genitalium for at identificere livskritiske.
I 2008 sammensatte Venter disse "kritiske gener" og samlede et nyt "minimalt" genom fra en bouillon af kemikalier ved hjælp af DNA-syntese.
Et par år senere transplanterede Venter et kunstigt genom i en anden bakterie. Genene slog rod og "genstartede" cellen, så den kunne vokse og reproducere sig selv - det var den første organisme med et fuldstændigt kunstigt genom.
Fra bakterier til mennesker
Hvis det nye venture får finansiering, vil det replikere Venters eksperimenter ved hjælp af vores eget genom. I betragtning af at det menneskelige genom er omkring 5.000 gange større end Venters bakterier, er det svært at sige, hvor meget vanskeligere denne syntese kan være.
Selvom alt andet mislykkes, vil branchen få værdifuld erfaring. Ifølge Dr. George Church, ledende genetiker ved Harvard School of Medicine, kunne dette projekt åbne op for teknologiske fremskridt, der vil forbedre vores egen evne til at syntetisere lange DNA-tråde. Church understreger endda, at hovedmålet med projektet er teknologiudvikling.
Mødet mellem forskere forårsagede imidlertid meget skepsis. Imidlertid kan dette projekt en dag føre til oprettelsen af "designerbabyer" eller endda mennesker. Forældrene til sådanne mennesker kan være computere. At forestille sig en sådan fremtid er enkel, men skræmmende: hvor sikkert er det at manipulere direkte eller skabe liv? Hvem vil eje denne teknologi? Hvad skal man gøre med et liv, der har vist sig at være dårligt? Ville alt dette ikke skabe diskrimination og ulighed?
ILYA KHEL