Što ne umem da napravim, ne mogu ni da razumem – R. Feynman
20. maja 2010., naučnici J. Craig Venter Instituta su objavili da su, posle 15 godina istraživanja, uspeli da konstruišu prvu sintetičku bakterijsku ćeliju. Ova vest je odmah postala svetska senzacija, i objavljena je najčešće pod naslovima “Naučnici stvorili veštački život”, ili sličnim bombastičnim prikazima. Prema ovim vestima, naučnicima je pošlo za rukom da od mrtvih molekula naprave novu živu ćeliju koja raste i razmnožava se. Obični ljudi su se čudili i slegali ramenima, Obama je formirao tim stručnjaka sa ciljem da se ispitaju političke i socijalne posledice ovog otkrića, a Vatikan je izdao upozorenje naučnicima da ne pokušavaju da se igraju tako ozbiljnim stvarima kao što je kreacija života. Monti Pajton se, nažalost, nije oglasio.
O čemu se ovde radi, i šta je suština ovog otkrića? O tome je ovaj blog.
Pre svega, ova vest, kako je objavljena u svetskim medijima, je samo delimično tačna. Naime, nije konstruisana cela ćelija, već je kompjuterski sintetisan novi genetski kod koji je ubačen u jednu ćeliju, i dalji rad ovako izmenjene ćelije bio je u potpunosti kontrolisan novim kodom. (Otprilike kao kad bi iz nekog automobila izvadili originalni motor, ubacili mu nov i drugačiji, i postigli da se taj automobil i dalje normalno kreće sa novim motorom.) Nova ćelija je živela, razmnožavala se i proizvodila potomstvo sa novim genetskim kodom u sebi.
Na prvi pogled, ovo otkriće i nije baš toliko revolucionarno kako je predstavljeno u vestima. Medjutim, kompjuterski generisan, pa laboratorijski napravljen, sintetički genetski kod je naučno dostignuće prvog reda. Nekoliko godina unazad je bilo par uspešnih pokušaja da se sintetiše genetski kod nekih virusa, ali sada je sintetisan kod od preko milion (tačnije 1 080 000 ) baznih parova. U pitanji je genom bakterije Mycoplasma mycoides i bilo je potrebno 15 godina rada da bi se ovo postiglo. Istini za volju, najveći deo ovog vremena je utrošen na ispravljanje greški u pročitanoj genetskoj sekvenci ove bakterije.
Genom bakterije M. mycoides je DNK molekul dužine 1 080 000 baznih parova koji je nedavno sekvenciran, tj., tačno se zna redosled (sekvenca) po kome su poredjane baze A, T, C i G duž celog molekula od preko milion baza. Neki segmenti ovog molekula su “geni”, neki segmenti imaju ulogu promotera tih gena, itd., dok su neki “junk”, tj. oni nemaju poznatu ulogu u funkcionisanju ćelije (njih je najviše).
Venter i saradnici su uspeli da u laboratoriji sintetišu ceo genom bakterije M. mycoides koristeći osnovne baze i znanje o tome u kom redosledu su one poredjane duž genoma. Ovo je postignuto u tri koraka. Prvo je sintetisano 110 segmenata duzine 10 000 baznih parova. Potom je po deset ovakvih segmenata spojeno da se dobije 11 segmenata dužine 100 000 baznih parova, pa je, najzad ovih 11 segmenata spojeno u jedan DNK molekul, ili genom. Ovaj spoj je obavljen unutar ćelije kvasca (metoda spajanja koja je prethodno morala da bude otkrivena da bi ceo projekat uspeo!) .
Tada je ceo sintetički genom bakterije M. mycoides ubačen (transplantiran) u bakteriju M. capricolum (čiji je originalni genetski kod uništen ili ućutkan) i novi oblik života Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 je nastao.
Da bi se ovo postiglo bilo je potrebno otkriti kako se sekvenciraju, sintetišu i transplantiraju geni, i to je najznačajniji deo ovog otkrića.
Kako to obično biva u nauci, nova rešenja otvaraju nove horizonte i nove probleme. Na primer, koji je minimalni genom ove bakterije koji je čini funkcionalnom? Naime, ako bi iz sintetičkog koda izbacili neke segmente, da li bi ta bakterija i dalje funkcionisala? Koliko segmenata, i koje, je moguće odbaciti iz sintetičkog koda a da bakterija i dalje živi? Postoji li, dakle, minimalni genom? To su neka od pitanja kojem se ovaj tim trenutno posvetio.
Gore je pomenuto da postoji “junk DNK”, tj., segmenti DNK unutar genoma koje ne služe ničemu, ili im se uloga ne zna. Koristeći postojanje ovih nepotrebnih segmenata, Venter i saradnici su u svoj veštački genom upisali “vodeni žig“ kojim su označili da je taj kod njihovo delo. Naime, pošto postoji 20 amino kiselina, a svaka od njih je kodirana pomoću tri baze u sekvenci DNK, onda svaka amino kiselina može da bude oznaka za jedno slovo – iz engleskog alfabeta od 26 slova, 6 moraju da budu izbačena – tako da je moguće konstruisati sekvencu baza koja speluje neku reč. Venter i saradnici su ubacili takve “junk” sekvence u svoj sintetički kod. Na njima pišu imena svih saradnika na ovom projektu, uključujući i njihove e-mail adrese. Takodje, ubačeno je i nekoliko citata, jedan od kojih je onaj Fejnmanov ispod naslova ovog bloga.
Drugi je, sasvim prigodno, citat iz Džojsovog Portreta umetnika u mladosti, i zato sam stavio sliku velikog pisca na početku ovog bloga. On je neprestano pokušavao da u izgnanstvu napravi novi život za sebe, bežeći iz Dablina, centra paralize. To mu nije uvek potpuno uspevalo ali njegove reči Živeti, grešiti, padati, triumfovati, stvoriti novi život iz zivota su upisane u genetski kod novog života JCVI-syn1.0.