Komórka Ventera czy mykoplazmy?

Zaprojektowana przez naukowców z Instytutu Ventera sekwencja M. mycoides stała się podstawą syntezy de novo całego genomu z podstawowych składników – nukleotydów.

Sprawa mogłaby zostać znacznie bardziej nagłośniona, a – co ciekawe – nie była. Gdy zauważyć, że np. każde kolejne niedoskonałe, działające tylko na gryzoniach „potencjalne lekarstwo na raka” wzbudza na łamach tzw. poważnych gazet emocje niemal równe tym, które towarzyszą doniesieniom politycznym czy sportowym, kwestia syntetycznej komórki uzyskanej przez Instytut J. Craiga Ventera powinna okupować prasowe czołówki 21 maja 2010 r. Szczególnie, że był piątek, a wydania okołoweekendowe mają więcej miejsca na popularyzację nauki i publicystykę. A okupowała tylko przez chwilę i głównie wydania internetowe. Redakcja prestiżowego magazynu naukowego „Nature” z 27 maja 2010 r. nadała omówieniu owego osiągnięcia tytuł: „Życie po syntetycznej komórce”. Postanowiłam zatem nieco o sprawie przypomnieć.

Co się udało?
Naukowcy z Instytutu Ventera (to zresztą bardzo ciekawa sytuacja, gdzie żyjący wciąż człowiek staje się patronem powołanej przez siebie do życia instytucji naukowej) zaprojektowali in silico (a może raczej – zrekonstruowali, ale do tego wątku jeszcze powrócę) sekwencję genomu bakterii Mycoplasma mycoides, która ma niewiele ponad milion par zasad DNA, czyli jest jedną z najkrótszych.

Zaprojektowana w komputerze sekwencja M. mycoides (i tu właśnie należy podkreślić największe osiągnięcie grupy Ventera) stała się podstawą syntezy de novo całego genomu z podstawowych składników – nukleotydów. Najpierw powołano syntetycznie „do życia” kasety genetyczne o długości około tysiąca par zasad DNA, które można było ze sobą „posklejać”, a namnażano je w komórkach Escherichia coli i drożdży. Złożenie w całość tego syntetycznego genomu przebiegało przez dwa kolejne etapy – fragmentów dziesięcioktrotnie dłuższych (10 tys. par zasad) i stukrotnie dłuższych (100 tys. par zasad). Tych ostatnich, wielkich fragmentów, a było ich 11, nie udawało się już badaczom utrzymać w bakterii E. coli (choć ta ma przecież znacznie większy genom niż 100 tys. par zasad). Wycięto je zatem i zespolono w komórce drożdży. A potem trzeba było już tylko znaleźć taki klon drożdża, w którym wszystkie 11 fragmentów się połączyło. Taki zaś całkowity sztucznie powołany do istnienia genom M. mycoides, który w komórce drożdża nosił nazwę sMmYCP142, został „przeszczepiony” do pozbawionej własnego materiału genetycznego komórki M. capricolum. Wybrano właśnie ten gatunek mykoplazmy, bo rośnie znacznie szybciej niż inne.

Całość tego procesu nie działała bezproblemowo, pojawiały się błędy – mutacje oraz domieszki DNA drożdży, które utrudniały złożenie syntetycznego genomu w całość. Syntetyczne DNA zostało oznakowane fragmentami nieistniejącymi u będącego źródłem sekwencji in silico szczepu M. mycoides. Dla odróżnienia od „naturalnego” genomu, wprowadzono dające się łatwo zidentyfikować polimorfizmy. Także do transplantacji użyto najpierw wadliwego syntetycznego genomu nazwanego 811-820, który na szczęście się nie przyjął, a to dlatego, że – nomen omen – niósł on mutację w jednym z genów odpowiedzialnych za syntezę DNA.

I tu innowacja się kończy…
Prosta konstatacja tego właśnie faktu nawet dla laika jest jasną wskazówką, że jednak w całej tej tzw. syntetycznej komórce, jedynie genom (i aż genom) był syntetyczny. Cała molekularna maszyneria służąca chociażby replikacji owego materiału genetycznego oraz cały aparat pozwalajacy realizować zawartą w genomie informację genetyczną musiały być naturalnie obecne w tej komórce M. capricolum, która w swej łaskawości przyjęła obcy genom, gotowe podjąć swe zadania. Zatem zdolność utrzymywania się tego „syntetycznego życia” przy życiu – a tym samym samopowielenia i metabolizmu oraz przetrwania we wrogim środowisku – byłaby bez naturalnie powstałej i jedynie pozbawionej następnie własnego materiału genetycznego komórki biorcy dosłownie zerowa.

Ostatecznie komórka M. capricolum podjęła realizację programu genetycznego M. mycoides, czyli po iluś kolejnych podziałach niemal wszystkie rybosomy, enzymy i inne makrocząsteczki były takie, jak zapisano w syntetycznym genomie
M. mycoides, do tego zaś momentu mieliśmy do czynienia z „chimerą”. Powstaje pytanie, na ile cały ten proces miał wymiar „ugigantycznienia” skali transferu genetycznego – dotąd wszakże bez przeszkód klonowano całe synetyczne geny i ich mniejsze lub większe zespoły, a więc elementy jakieś kilkaset razy krótsze. Teraz niejako sklonowano cały genom.

Cały proces był drogi (mówi się otwarcie o 40 mln dolarów), nisko wydajny i na chwilę obecną nie znamy jego następstw innych, niż przeprogramowanie metablizmu komórki biorcy. Nie znamy konsekwencji dla bezpieczeństwa biologicznego (mykoplazmy są patogenami wewnątrzkomórkowymi) czy potencjalnej dalszej ewolucji „syntetycznej komórki” – a ewoluować będzie na pewno, bo jest żywa.

Czy czujemy się bezpiecznie?
No cóż, naukowiec, który za publiczne pieniądze zsekwencjonował niemal wyłącznie swój własny genom, twierdząc, że odczytał cały „genom człowieka”, nie po raz pierwszy ma wysokie mniemanie o tym czy innym swoim osiągnięciu (dodajmy – poczucie to nie jest pozbawione podstaw, ale…). Nie ukrywa też, że zamierza na nim zarobić. Kiedy i czy ujrzymy pierwsze paliwa produkowane przez syntetyczne komórki mykoplazm (czy jakiekolwiek inne), pokaże przyszłość. Opatentowanie procedury syntetycznego uzyskiwania całych genomów z pewnością w ten czy inny sposób przysłuży się odzyskaniu pieniędzy zainwestowanych przez J.C. Venter Institute i jego sponsorów. Czy jego wielka techniczna innowacja pozwoli rozwikłać pytania o początek życia lub też umożliwi uzysknie „hipotetycznych” ogniw przejściowych w procesie ewolucji – tego też nie dowiemy się przed upływem stosownie długiego czasu.

Inną kwestią pozostaje, czy taki bakteryjny Jurrasic Park byłby bezpieczny w utrzymaniu. Komentatorzy odtrąbili koniec witalizmu w nauce (choć wśród „ostatecznie” pokonanych przez Ventera „witalistów” byli Galen i Pasteur, a ci już coś dobrego i trwałego dla medycyny zrobili), choć byli i tacy, którzy jak prof. Martin Fussenegger z ETH Zurich w Bazylei podsumowali ten wyczyn następująco: „[Venter] nazywa swoje osiągnięcie przejściem od odczytywania informacji genetycznej do etapu, gdzie uzyskaliśmy zdolność jej formułowania (zapisywania). Może to brzmieć przerażająco, ale nie ma żadnej pewności, że to, co zostanie napisane, będzie obdarzone jakimkolwiek sensem”.