Podeli dobar sadržaj sa prijateljima:

Kreg Venter

* * *

 

Kako je stvoren „sintetički život“ i prva samoreproduktivna veštačka ćelija na svetu

 

Ovde smo danas da objavimo prvu sintetičku ćeliju, ćeliju napravljenu počevši od digitalnog koda u kompjuteru, čiji je hromozom nastao iz bočice hemikalija, sakupljen u kvascu, a potom prebačen u primaoca – ćeliju bakterije koja je potom transformisala tu ćeliju u novu vrstu bakterija. Tako je ovo prva samo-reprodukujuća vrsta koju smo ikada imali ma planeti a čiji je roditelj kompjuter. To je takođe i prva vrsta koja ima sopstveni vebsajt šifrovan u genetički kod. Ali pričaćemo više o vodenim žigovima za koji minut.

Ovo je projekat koji je započet pre 15 godina kada je naš tim — tada znan kao Institut TIGR — bio uključen u sekvencioniranje prva dva genoma u istoriji. Radili smo sa Haemophilus influenzae (vrsta aerobne bakterije) i potom sa najmanjim genomom samo-reprodukujućeg organizma, a to je Mycoplasma genitalium. (namanja poznata bakterija, od skoro razmatrana i kao organizam sa najamnjim genomom) I čim smo imali te dve sekvence, pomislili smo, ako se za ovo pretpostavlja da je najmanji genom samo-reprodukujuće vrste, može li biti da postoji još i manji genom? Možemo li razumeti osnove ćelijskog života na genetičkom nivou? Bilo je to petnaestogodišnje traganje samo da bismo stigli do startne pozicije, da bismo bili u stanju da damo odgovore na ova pitanja. Veoma je teško eliminisati višestruke gene iz ćelije, možete uraditi samo jedan po jedan. Na početku smo već odlučili da moramo ići sintetičkom rutom, iako niko na njoj do sada nije bio, kako vidimo da li je moguće sintetizovati bakterijski hromozom, da bismo uopšte mogli varirati genetski sadržaj da bismo razumeli osnovu gena za život. Tako je krenulo naše petnaestogodišnje traganje koje nas je dovelo ovde.

Pre nego što smo započeli prve eksperimente, zapitali smo tim Arta Kaplana, koji je tada bio na Univerzitetu Pensilvanija, da preuzme proces revizije u pogledu rizika, izazova, etičke pozadine vezane za kreiranje nove vrste u laboratoriji jer do tada to nije bilo rađeno. Proveli su oko dve godine nezavisno ispitujući to i objavili rezultate u „Nauci“ 1999. Hem i ja smo uzeli dve godine slobodno da bi smo sa strane radili na projektu sekvencioniranja ljudskih genoma, ali čim je to bilo gotovo, vratili smo se na prvobitni zadatak.

2002. godine, započeli smo sa novom institucijom, Institut za Biološke Energetske Alternative, gde smo odredili dva cilja. Prvi, razumeti uticaj naše tehnologije na sredinu, i kako bolje razumeti sredinu. I drugi, da započnemo ovaj proces kreiranja sintetičkog života kako bi se bolje razumele osnove života. 2003. godine, objavili smo prve uspehe. Tako su Hem Smit i Klajd Hačison razvili neke nove metode pravljenja DNK čije su greške svedene na najniži nivo. Naš prvi zadatak je bio bakteriofag koda veličine 5000 slova, virus koji napada samo E. coli. Tako da je to bila faga „phi X 174“, koja je izabrana iz istorijskih razloga. To je bila prva DNK faga, DNK virus, DNK genom koji je sekvencioniran. Tako da kada smo jednom shvatili da je moguće napraviti 5000 bazičnih parova delova veličine virusa, pomislili smo, imamo makar sredstva da se trudimo i pravimo serijski mnogo ovakvih delova, i da ćemo eventualno biti u mogućnosti da ih sakupimo kako bi načinili mega-bazni hromozom. Dakle, znatno veći nego što smo na početku mislili da će biti.

Postojalo je nekoliko koraka do ovoga. Postojale su dve strane. Morali smo da rešimo hemijski deo pravljenje velikih DNK molekula, i morali smo da rešimo biološku stranu kako, ukoliko bismo imali taj novi hemijski entitet, kako bismo to pokrenuli, aktivirali, u prijemnoj ćeliji. Tako smo imali dva tima koja su radila paralelno, jedan na hemiji, i druga dva koja su pokušavala da omoguće transplantaciju čitavog hromozoma da bi se dobila nova ćelija. Kada smo započeli sa ovim, mislili smo da će nam sinteza biti najveći problem, zbog čega smo izabrali najmanji genom.

I neki od vas su primetili da smo se prebacili sa najmanjeg genoma na jedan prilično velik. I možemo proći kroz razloge za to, ali u suštini, za malu ćeliju je potrebno jedan do dva meseca da bi se dobili rezultati, dok je velikoj, brže rastućoj ćeliji potrebno svega dva dana. Dakle postoji toliko ciklusa kroz koje je moguće proći za godinu dana, sa šest nedelja po ciklusu. I trebalo bi da znate to, 99, verovatno 99 procenata i više naših eksperimenata je bilo neuspešno. Tako da je ovo bilo otklanjanje grešaka, scenario rešavanja problema od početka zato što nije postojao recept kako stići do tamo.

Jedan od najvažnijih publikacija koje smo imali bila je 2007. godine. Kerol Lartig je vodila napore da se transplatuje bakterijski hromozom iz jedne bakterije u drugu. Mislim, filozofski, da je jedna od najvažnijih objava koje smo ikada uradili jer pokazuje koliko je život zapravo dinamičan. I znali smo, jednom kada je to proradilo, da smo zapravo imali šansu, ukoliko bismo napravili sintetički hromozom da uradi isto to. Nismo znali da će nam trebati više od nekoliko godina da stignemo do tamo.

2008. godine, snimili smo kompletnu sintezu „Mycoplasma genitalium“ genoma, nešto preko 500 000 slova genetičkog koda, ali još nismo uspeli da pokrenemo taj hromozom. Mislimo, delimice, da je to zbog sporog rasta, i delom, što ćelije imaju jedinstvene odbrambene mehanizme koji sprečavaju da se ovakvi događaji dese. Ispostavilo se da je ćelija na kojoj je trebal izvršiti transplataciju imala nukleozu, enzim koji izbacuje DNK na svoju površinu i bila je „srećna“ što može pojesti sintetički DNK koji smo joj dali, te tako transplataciju nismo ni dobili. Ali u to vreme, to je bio najveći molekul definisane strukture koji je ikada bio napravljen.

Tako su obe strane napredovale, ali deo sinteze je morao biti postignut ili bar bio u stanju da bude ostvaren, kosristeći kvasac, stavljajući fragmente u njega, i on bi izvršio prikupljanje umesto nas. To je bio neverovatan korak napred, ali imali smo problem jer smo imali bakterijski hromozom koji raste u kvascu. U cilju izvođenja transplantacije, morali smo da otkrijemo kako da dobijemo bakterijski hromozom iz eukariotskog kvasca, u formi u kojoj bi ga mogli transplantovati u prijemnu ćeliju.

Tako je naš tim razvio nove tehnike za rast, kloniranje celih bakterijskih hromozoma u kvascu. Uzeli smo iste mikoidne genome koje je Kerol prvobitno transplantovala, i stavili smo ih u kvasac da rastu kao veštački hromozom. Smatrali smo da će ovo biti sjajan test za otkrivanje kako izvaditi hromozome iz kvasca i transplantovati ih. Kada smo pak izveli ove eksperimente, mogli smo izvući hromozom iz kvasca ali on se nije mogao transplantovati i pokrenuti ćeliju. Za rešenje te male stavke bile su potrebne dve godine.

Ispostavilo se da je DNK bekterijske ćelije metilizovana (metilizacija – proces nadogradnje metil grupe na DNK spiralu) a metilizacija štiti ćeliju od restrikcionog enzima, od proždiranja DNK. Ono što smo, dakle, otkrili je to da ako uzmemo hromozom iz kvasca i metilizujemo ga, tada bismo ga mogli transplantovati. Dalji napredak je došao kada je tim odstranio restrikcione enzime iz prijemne ćelije. I jednom kada smo to uradili, mogli smo uzeti ogoljeni DNK iz kvasca i transplatovati ga.

Dakle, prošle jeseni, kada smo objavili rezultate našeg rada u „Nauci“, svi smo postali previše samopouzdani i bili uvereni da smo samo nekoliko nedelja daleko od toga da sada pokrenemo hromozom iz kvasca. Zbog problema sa Mycoplasma genitalium i njenim sporim rastom, pre oko godinu i po dana odlučili smo da sintetizujemo mnogo veći hromozom, mikoidni hromozom, znajući da imamo biologe koji rade na tome za transplantaciju. Den je vodio tim za sintezu ovog hromozoma sa preko milion baznih parova. Ali ispostavilo se da neće biti tako jednostavno na kraju. Vratili smo se tri meseca unazad jer smo imali jednu grešku u tih milion baznih parova.

Tako je tim razvio novi softver za ispravljanje grešaka, gde smo mogli testirati svaki sintetički fragment da vidimo da li će rasti u pozadini divljeg tipa DNK. I pronašli smo da je 10 od 11 delova 100 000 baznih parova koje smo sintetizovali bilo potpuno ispravno i kompatibilno sa sekvencom za formiranje života. Suzili smo to na jedan fragment. Sekvencionirali i pronašli da je samo jedan bazni par bio izbrisan u osnovnom genu. Tako da je tačnost osnova. Postoje delovi genoma gde se ne može tolerisati niti najmanja greška, i postoje delovi genoma gde možemo postaviti velike blokove DNK, kao što smo učinili sa vodenim žigovima, i tu se mogu tolerisati različite vrste grešaka. Tako je nama bilo potrebno oko tri meseca da pronađemo tu grešku i popravimo je. I onda, rano jednog jutra, oko 6 sati, dobili smo poruku od Dena u kojoj je pisalo da su prve plave kolonije opstale.

Bio je to dug put da bi se stiglo do tamo — 15 godina od kako smo počeli. Osećali smo se, jedno od načela ove oblasti je bilo da se uverimo da možemo razdvojiti sintetički DNK od prirodnog DNK. Na početku, ukoliko radite u novim oblastima nauke, morate da mislite na sve zamke i stvari koje bi vas mogle navesti da poverujete da ste uradili nešto, a kada niste, i što je još gore, da i drugi poveruju u to. Tako smo mi mislili da će najgori problem biti jednostruka molekularna kontaminacija osnovnog hromozoma, koja bi učinila da poverujemo da smo zapravo stvorili sintetičku ćeliju, a ono je bila samo kontaminacija.

Zbog toga smo ranije razvili ideju stavljanja vodenih žigova u DNK da bismo sa sigurnošću raščistili da je DNK zbilja sintetička. I prvi hromozom koji smo stvorili, 2008. godine, onaj sa 500 000 baznih parova, smo jednostavno označili imenima tvoraca hromozoma u genetički kod. Ali to je bila upotreba samo amino kiseline prevod od jednog slova, što nam izostavlja određena slova alfabeta. Tako je tim razvio novi kod unutar koda unutar koda. Tako je to bio novi kod za interpretaciju i pisanje poruka unutar DNK. Sada, matematičari su se krili i pisali poruke u genetičkom kodu dugo vremena, ali očito je da su oni ipak bili matematičari, a ne biolozi jer, ukoliko pišete dugačku poruku kodom koji su razvili matematičari, više je nego očigledno da bi vas to odvelo sintezi novih proteina sa nepoznatim funkcijama.

Kod koji su Majk Montegi i tim razvili zapravo ubacuje učestale prekid – kodove. Tako da je to jedan drugačiji alfabet, ali nam dozvoljava da koristimo kompletnu englesku abecedu sa interpunkcijama i brojevima. Tako, postoje 4 ključna vodena žiga od svih hiljada baznih parova genetičkog koda. Prvi u sebi sadrži kod za interpretaciju ostatka genetičkog koda. U ostatku informacija, u vodenim žigovima sadržana su imena, ja mislim, 46 različitih autora i ključnih osoba koje su dale svoj doprinos da bi se projekat doveo u ovu fazu. Takođe smo izradili vebsajt adresu, da bi, ukoliko neko dekodira kod, kod unutar koda, mogao poslati e-mail na tu adresu. Tako da je očigledno različit od bilo koje druge vrste, i ima 46 imena u njemu, i svoju sopstvenu veb adresu. I dodali smo tri citata jer, sa prvim genomom, bili smo kritikovani da se ne trudimo da saopštimo nešto dubokoumno nego se samo potpisujemo.

Tako nećemo dati ostatak koda, ali ćemo navesti ova tri citata. Prvi je, „Živeti, grešiti, pasti, trijumfovati, i stvarati život iz života.“ To je citat Džejms Džojsa. Drugi citat je, „Videti stvari, ne kakve one jesu, već kakve bi mogle biti.“ To je citat iz „Američkog Prometeja“ knjige o Robertu Openhajmeru. I poslednji citat je od Ričarda Fejnmana. „Šta ne mogu napraviti, ja ne mogu razumeti.“ Iz razloga što je ovo jednako filozofski napredak kao i tehnički u nauci, potrudili smo se da obuhvatimo i filozofsku i tehničku stranu.

Poslednja stvar koju želim da kažem pre nego pređemo na pitanja jeste da ovaj obiman posao koji smo uradili, traženje etičke provere, izlaženje iz okvira na toj strani jednako kao i na tehničkoj, to je široko diskutovano među naučnim krugovima, u pravnoj zajednici i na najvišim nivoima savezne vlade. Čak i sa ovom objavom, kao što smo uradili 2003. — taj rad je bio pod pokroviteljstvom Odseka za Energiju — tako je projekat bio pod revizijom najviših nivoa Bele Kuće, koji su doneli odluku da li da rad bude poverljiv ili da se objavi. I doneli su odluku da se objavi, što je ispravan pristup. Napravili smo dopis Beloj Kući. Takođe i dopis kongresmenima. Pokušali smo da vodimo računa o pravnim pitanjima paralelno sa naučnim pristupom.

Tako da sa ovim, želeo bih da otvorim deo za pitanja. Da, vi pozadi.

Reporter: Možete li laički objasniti koliko je ovo značajan prodor?

Kreg Venter: Možemo li objasniti koliko je ovo značajno? Nisam siguran da smo mi prave osobe koje bi trebalo da objašnjavaju koliko je ovo značajno. Značajno je nama. Možda je ovo ogromna filozofska promena u načinu na koji posmatramo život. Mi ovo posmatramo kao prvi dečji korak, za koji nam je trebalo 15 godina, da bismo bili u mogućnosti da napravimo eksperiment koji smo želeli pre 15 godina kako bismo razumeli osnove života. Ali mi zapravo verujemo da će ovo biti veoma moćan skup alata. I mi već započinjemo u brojnim poljima da koristimo ovaj alat.

Na institutu je u toku program sa Novartisom, koji finansira NIH (Nacionalni institut zdravlja), i koji pokušava da ovaj novi sintetički DNK alat upotrebi za kreiranje vakcine protiv gripa koju ćete možda dobiti iduće godine. I umesto nedelja i meseci koji bi vam bili potrebni za spravljanje ove vakcine, Denov tim sada može to odraditi za manje od 24 časa. I kada pogledate koliko je vremena bilo potrebno da se napravi vakcina protiv H1N1, smatramo da možemo skratiti taj proces i to prilično značajno. U području vakcina, „Sintetički Genomi“ i Institut formiraju novu kompaniju za vakcine jer smatramo da ovaj alat može uticati na pravljenje vakcina protiv bolesti za koje nije bilo moguće ni precizirati datum nastanka, kao kod virusa koji se brzo razvijaju, kao što je rino-virus. Zar ne bi bilo sjajno da imamo nešto što može blokirati uobičajenu groznicu? Ili, što je još važnije, HIV, gde se virus razvija toliko brzo, da vakcine koje su napravljene danas ne mogu pratiti tolike evolutivne promene.

Takođe, u „Sintetičkim Genomima“, radimo i na osnovnim pitanjima prirodnog okruženja. Mislim da je ova poslednja naftna mrlja u meksičkom zalivu dobar podsetnik. Ne možemo videti CO2; zavisimo od naučnih merenja CO2, i vidimo rezultate toga što ga imamo previše. Ali sada možemo videti pre – CO2 koji pliva u vodi i koji zagađuje plaže. Potrebne su nam neke alternative za naftu. Imamo program sa „Exxon Mobile“ sa kojim pokušavamo da razvijemo nove vrste algi koje efikasno hvataju ugljen dioksid iz atmosfere ili koncentrovanih izvora, i prave novi ugljovodonik koji može ići direktno u njihove rafinerije i od kog se pravi benzin i dizel gorivo od CO2.

 

Ovo su samo neki od pristupa i puteva kojima se krećemo.

. . .

Tekst preuzet sa predavanja na TED konferenciji. Originalno video izlaganje možete videti ovde.

Podeli dobar sadržaj sa prijateljima: