Znanstvenici pozdravljaju daljnji razvoj sintetičkih kromosoma

Kvasac je u centru pažnje biologa koji se bave sintetiziranjem zbog potencijala koji njegova primjena može imati u industriji.

Znanstvenici su stvorili prvi sintetizirani kromosom za kvasac što predstavlja prekretnicu u biološkom inženjeringu dok je prethodna sintetička DNK bila stvorena za jednostavnije organizme, poput bakterija.

Kao organizam čije stanice sadrže jezgru, kvasac je u ovoj skupini s biljkama i životinjama, te s nama dijeli čak 2,000 gena. Stoga, stvaranje prvog od 16 kromosoma kvasca, slavi se kao veliko dostignuće na području nove grane znanosti, sintetičke biologije.

Geni u originalnom kromosomu zamijenjeni su svojim sintetičkim verzijama, te je u konačnici stvoren kromosom uspješno implementiran u stanicu kvasca. Nakon što je pokazala sposobnost reprodukcije, ova nova stanica prošla je ključni test samoodrživosti.

Odabir kvasca za ovaj tip istraživanja leži ponajprije u njegovoj širokoj primjenjivosti, kao što je proizvodnja piva te u pekarskoj industriji, a vidljiv je i njegov daljnji potencijalu u industrijskoj primjeni.

Sintezu kromosoma III u kvascu proveo je međunarodni tim stručnjaka, a zaključci su objavljeni u časopisu Science. Dr. Jef Boeke, voditelj tima, s Langone Medical Centre na New York University, ovo postignuće opisao je kao „pomicanje granica sintetičke biologije sa teorije na praksu“.

„Zaista je uzbudljivo vidjeti koliko smo promjena unijeli u slijed kromosoma, a i dalje ostajemo sa zdravim i sretnim kvascem na kraju“, kazao je dr. Boeke u intervjuu za BBC News. S novim kromosomom, poznatijem kao SynIII, stvoreno je 273,871 parova baza DNK, manje od 316,667 parova u originalnom kromosomu.

Znanstvenici su otklonili ponavljajuće dijelove u originalnoj DNK i tzv. DNK smeće koje je poznato po tome što nema nikakvu ulogu u stvaranju proteina, te su zatim uveli tzv. „tagiranje“ kromosoma. Prema tvrdnjama dr. Boeke, usprkos 50,000 promjena na DNK kodu u kromosomu, kvasac ne samo da je „očvrsnuo“, već je dobio i neke nove funkcije.

Ove funkcije uključuju i kemijski „prekidač“ koji omogućuje znanstvenicima izokretanje kromosoma u tisuću različitih varijanti koje olakšavaju genetsku manipulaciju.

Jedna kalifornijska tvrtka već je koristila sintetičku biologiju te stvorila kvasac koji ima sposobnost proizvodnje artemisinina, glavnog sastojka u nekoliko lijekova protiv malarije. Ova mogućnost stvaranja sintetičkog kvasca otvara vrata daljnjem uzgoju ovih organizama za široki spektar upotrebe, uključujući proizvodnju lijekova ili održivog oblika bio-goriva.

I dok genetske modifikacije uključuju prijenos gena s jednog organizma na drugi, sintetička biologija ide korak dalje s kreacijom i izgradnjom potpuno novoga genetskog materijala.

Protivnici ovog pristupa uvjeravaju kako se stvaranjem novih oblika života znanstvenici „igraju Boga“, te zanemaruju opasnost od neočekivanih posljedica. Neka istraživanja provedena u 2009. godini od strane osiguravajućih kuća upozorila su kako bi nova tehnologija mogla donijeti i neke nepredvidive rizike.

Sinteza kromosoma III prva je faza međunarodnog projekta kojim se planira sintetizirati cijeli genom kvasca u sljedećih nekoliko godina.

Grupa znanstvenika pri Imperial College London radi na kromosomu XI, jednom od najvećih kromosoma, sa 670,000 parova baza, koristeći sličnu tehniku stvaranja dijelova baza za ugradnju u strukturu genoma. Njihov voditelj, dr. Tom Ellis, opisao je stvaranje prvog sintetičkog kromosoma za eukariote, organizme koji uključuju biljke, životinje i gljive, kao ogroman posao.

„Kvasac je kralj biotehnologije. Uz to, sintetička biologija puno nam pomaže u pridodavanju novih funkcija. Forma kromosoma ostaje jednaka onoj prirodnoj, a promjene u dizajnu do sada nisu uzrokovale veće probleme. Sve prolazi u skladu s očekivanjima“, zaključio je dr. Ellis.

Znanstvenici s Imperiala sintetizirali su do sada jednu trećinu DNK kromosoma XI, s 5-10% ugradbenog materijala. Njihovo istraživanje uključuje razvoj sintetičkih gena kvasca koji bi omogućili proizvodnju antibiotika i pretvorbu poljoprivrednog otpada u bio-gorivo.

Uz kritičare koji tvrde kako sintetička biologija remeti zakone prirode s jedne strane, s druge strane dr. Ellis i ostali naglašavaju kako ovi novi organizmi imaju ugrađena ograničenja. Naime, kvasac koji sadrži sintetički genetski materijal može opstati isključivo u laboratorijskom okruženju uz potporu specijalista.

Kako bi istaknuo dobrobit ovih znanstvenih nastojanja, dr. Boeke uporno naglašava važnost koju je kvasac imao u ljudskoj povijesti te značaj koji može imati u budućnosti.

„Kvasac ima povijesnu industrijsku povezanost s čovjekom. Pečenje kruha i proizvodnja alkoholnih pića datira još iz regije Plodnog polumjeseca u Jugozapadnoj Aziji i sjevernoj Africi, područja koje se naziva kolijevkom civilizacije. Industrijska povezanost nastavlja se i danas, zbog toga što kvasac koristimo u proizvodnji lijekova, cjepiva te bio-goriva“, dodaje dr. Boeke.

Znanstvenici gledaju prema sintetičkoj budućnosti s velikom naklonošću, argumentirajući kako će ovakav napredak doprinijeti ujedno i racionalizaciji troškova u proizvodnji.

Rad koji opisuje stvaranje prvog sintetičkog kromosoma završava jednom dalekosežnom vizijom koja nadilazi kvasac i obuhvaća mnogo sofisticiranije organizme, a koja kaže kako će „uskoro će biti puno isplativije sintetizirati eukariotske genome, uključujući genome biljaka i životinja“.

„Cjelokupna sinteza kromosoma za ove organizme još je uvijek stvar daleke budućnosti, no o manjim kromosomima od desetak ili čak stotinjak gena zasigurno možemo govoriti i u bližoj budućnosti“, izjavio je u intervjuu dr. Boeke.

Međutim, prije svega nekoliko godina, točnije 2010. godine, svijet je ostao šokiran kada je dr. Craig Venter otkrio prvi sintetički genom bakterije. Od tada do danas ambicije su porasle, a brzi korak kojim je ova znanost krenula nastavit će se i u budućnosti.

Igramo li se zaista Boga? Ili je napredak u svijetu znanosti i tehnologije nešto što jednostavno moramo prihvatiti kao neizbježno? Istina je, kao i uvijek, negdje između. Razvoj ne možemo i ne smijemo sprječavati. Pitanje je na koji način i u koju svrhu ćemo koristiti njegove plodove. I najbolji lijek koliko može biti koristan toliko može biti i smrtonosan. Pravila igre moraju postojati, a ako odlučimo pomaknuti granice, moramo to učiniti zajedno, na svjestan, informiran i odgovoran način. Jer svijet u kojem živimo danas ostavljamo našim budućim generacijama u nasljeđe, a nepromišljene greške dugo će se pamtiti iza nas.

Izvor: BBC