Tai bus didžiausias genetinės inžinerijos šuolis: kuriamas sintetinis supermikrobas, atsparus visiems žinomiems virusams (Video)

„Mes imamės projektų, kurias kitos grupės vadina per brangiais arba neįmanomais“, – „New Scientist“ sakė mokslininkų komandos lyderis George‘as Churchas iš Harvardo Medicinos mokyklos Bostone.

Perkoduota E. coli galėtų turėti aibę pramoninių pritaikymo būdų. Ją žadama patobulinti per kelerius metus ir ji taptų atspari egzistuojantiems virusams, galėtų gaminti baltymus, kurių nėra gamtoje.

Statybiniai blokai

Įprastiniai baltymai turi 20 natūralių aminorūgščių, o perkoduota E.coli galės pagaminti iki keturių papildomų dirbtinių aminorūgščių. Labai svarbu ir tai, kad modifikuota E. coli negalės augti, jei nebus maitinama viena iš šių dirbtinių aminorūgščių, tad ji negalės patekti į gamtą ir mutuoti.

Galutinis G. Churcho tikslas yra sukurti gyvūnus ir žmonių kamienines ląsteles, kurios būtų atsparios visiems žinomiems virusams. Tokias ląsteles būtų galima panaudoti kuriant vakcinas, taip pat transplantavimui.

Žmones padaryti atsparius virusui, vėžiui ir senėjimui yra itin sunku, tačiau G. Churchas teigia, kad būtų galima sukurti audinius ir transplantuojamus organus su tokiomis savybėmis. Genetiškai sukurti mikrobai šiuo metu kaip niekada plačiai naudojami pramonėje.

Iš pradžių buvo galima padaryti tik mažus pokyčius. Septintajame dešimtmetyje žmogaus genas į E. coli buvo įdėtas taip, kad galėtų „gaminti“ insuliną žmonėms, sergantiems diabetu. Dabar genų inžinerijos būdu pridedama arba pakeičiama tūkstančiai genų ir kuriami mikroorganizmai, kurie gali gaminti viską nuo kroko ir vanilės skonių iki antimaliarinių vaistų ar opiumo.

Gamybos problemos

Tačiau viena didžiausių bėdų yra ta, kad drastiškai modifikuoti mikrobai gali pabėgti iš gamyklų arba jų genai galėtų susimaišyti su laukinių mikrobų. Įsivaizduokite, kas nutiktų, jei genų inžinerijos būdu sukurtas opiumo gamybai skirtas mikrobas imtų kolonizuoti žmonių žarnynus. Bent jau teoriškai, mikrobų genetinio kodo pakeitimas galėtų išspręsti šias problemas.

Baltymą koduojančiame gene kiekviena seka iš trijų DNR raidžių, vadinamų kodonu, arba nustato, kokia aminorūgštis turi būti įtraukta į grandinę toliau, arba baltymų gaminimo mašinai pasako sustoti, kai baltymas yra užbaigtas.

Yra keturios DNR raidės (A,T,G,C), taigi išviso yra 64 kodonai (AAA, AAT ir pan.). Tačiau, kadangi yra tik 20 aminorūgščių, pasitaiko ir daug dubliavimo. Pavyzdžiui, kodonai TAG, TAA ir TGA reiškia baltymo gamybos sustojimą.

Jeigu kiekvienas TAG genome būtų pakeistas į TAA arba TGA, jis nekeistų jokių baltymų gamybos receptų. Tačiau jei būtų atlaisvintas TAG kodonas, jis galėtų būti panaudotas tam, kad nustatytų dirbtinę aminorūgštį. Kiek anksčiau G. Churcho komandai jau pavyko tai padaryti.

Žingsnis po žingsnio

Dabar G. Chrucho komanda sumanė sukurti dar ambicingesnį projektą: E.coli pakeisti septynis kodonus.

Kadangi tam reikia sukurti 62 tūkst. DNR pokyčių, to padaryti genų inžinerijos būdu nepavyks. Vietoje to mokslininkai genomą sumodeliavo kompiuteriu ir susintetino DNR trumpomis atkarpomis, maždaug po 2 tūkst. DNR raidžių. Šie trumpi segmentai buvo sulipdyti į didesnius, kad sudarytų 87 50-ies tūkst. DNR raidžių ilgio segmentus. Galutinis žingsnis buvo sukurti išbaigtą grandinę iš 4 mln. raidžių ilgio E.coli genomo.

Tačiau prieš tai reikėjo patikrinti, kad visi šie genai veiks, įdedant segmentus į gyvą bakteriją ir ištrinant sekos ekvivalentą. Kaip ir tikėtasi, pakeitus kodonus kartais buvo neigiamų pasekmių. Pavyzdžiui, vienas pokytis svarbiame gene pakeitė baltymo rišimąsi, kuris kontroliuoja geno aktyvumą.

Tačiau iš 2200 patikrintų genų rasta tik 13 mirtinų spragų, ir jos buvo ištaisytos. Kada visas šis projektas bus pabaigtas, mokslininkai pasakyti negali ir pateikia labai nekonkretų laiką – nuo 4 mėn iki 4 metų. Tačiau netikėtos problemos gali kaišioti pagalius į ratus. Manoma, kad septynių kodonų pokyčių turėtų pakakti tam, kad sintetinė bakterija taptų atspari visiems virusams.

Virusai negali gaminti nuosavų baltymų, tuo užsiima apkrėstų ląstelių mašineriją. O perkoduota E.coli, jei būtų apkrėsta virusu, imtų gaminti virusinius baltymus, tačiau tokiuose baltymuose būtų tiek daug klaidų, kad negimtų jokie nauji virusai.

Sukurti virusams atsparius gyvulius būtų dar didesnis iššūkis, o žmogaus genomo ilgis – 6 mlrd. raidžių, palyginus su 4 mln. E.coli. Tačiau Churcho komanda dabar neslepia ambicijų padaryti ir tai – žada surinkti 100 mln. dolerių tam, kad susintetintų žmogaus genomą nuo nulio.