Επιστήμονες «ξαναφτιάχνουν το DNA από το μηδέν» για να αλλάξουν το σχέδιο της ζωής

Στο εργαστήριο του Jef Boeke, μπορείς να μυρίσεις μια μυρωδιά που μοιάζει παράξενη, σαν να ψήνουν ψωμί εδώ.

Αλλά αυτός και οι συνάδελφοί του μαγειρεύουν κάτι εντελώς διαφορετικό: μαγιά που λειτουργεί με κομμάτια τεχνητού DNA.

Οι επιστήμονες είναι εδώ και καιρό σε θέση να κάνουν συγκεκριμένες αλλαγές στον κώδικα του DNA. Τώρα, κάνουν το πιο ριζοσπαστικό βήμα να ξεκινήσουν από την αρχή και να δημιουργήσουν επανασχεδιασμένες μορφές ζωής από το μηδέν. Ο Boeke, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, διευθύνει μια διεθνή ομάδα 11 εργαστηρίων σε τέσσερις ηπείρους που εργάζονται για να «ξαναγράψουν» το γονιδίωμα της ζύμης, ακολουθώντας ένα λεπτομερές σχέδιο που δημοσίευσαν τον Μάρτιο.

Το έργο τους εντάσσεται σε μια τολμηρή και αμφιλεγόμενη επιδίωξη με στόχο τη δημιουργία προσαρμοσμένων κωδικών DNA που θα εισάγονται σε ζωντανά κύτταρα για να αλλάξουν τον τρόπο λειτουργίας τους ή ακόμη και να παρέχουν θεραπεία για ασθένειες. Θα μπορούσε επίσης κάποια μέρα να βοηθήσει να δώσουν στους επιστήμονες τη βαθιά και ανησυχητική δυνατότητα να δημιουργήσουν εντελώς νέους οργανισμούς.

Το γονιδίωμα είναι ολόκληρος ο γενετικός κώδικας ενός ζωντανού οργανισμού. Το να μάθεις πώς να φτιάχνεις ένα από το μηδέν, είπε ο Boeke, σημαίνει ότι «μπορείς πραγματικά να κατασκευάσεις κάτι εντελώς καινούργιο».

Η έρευνα μπορεί να αποκαλύψει βασικούς, κρυμμένους κανόνες που διέπουν τη δομή και τη λειτουργία των γονιδιωμάτων. Αλλά ανοίγει επίσης την πόρτα για ζωή με νέα και χρήσιμα χαρακτηριστικά, όπως μικρόβια ή κύτταρα θηλαστικών που είναι καλύτερα από τα σημερινά στην άντληση φαρμάκων στα φαρμακευτικά εργοστάσια, ή νέα εμβόλια. Οι σωστές τροποποιήσεις θα μπορούσαν να κάνουν τη μαγιά να παράγει αποτελεσματικά νέα βιοκαύσιμα, λέει ο Boeke.

Κάποιοι επιστήμονες βλέπουν πιο μακριά στο μέλλον και βλέπουν πράγματα όπως δέντρα που καθαρίζουν τα αποθέματα νερού και φυτά που ανιχνεύουν εκρηκτικά σε αεροδρόμια και εμπορικά κέντρα.

Επίσης, στον ορίζοντα είναι ο επανασχεδιασμός του ανθρώπινου DNA. Αυτό δεν σημαίνει ότι θα δημιουργηθούν γενετικά τροποποιημένοι άνθρωποι, τονίζουν οι επιστήμονες. Αντίθετα, το συνθετικό DNA θα τοποθετηθεί σε κύτταρα, για να τα κάνει να παράγουν καλύτερα φαρμακευτικές πρωτεΐνες, για παράδειγμα, ή ίσως για να κατασκευάσουν βλαστικά κύτταρα ως ασφαλέστερη πηγή ιστών και οργάνων που αναπτύσσονται στο εργαστήριο για μεταμόσχευση σε ασθενείς.

Ορισμένοι βρήκαν ανησυχητική την ιδέα της ανακατασκευής ανθρώπινου DNA και οι επιστήμονες σχεδιάζουν να λάβουν καθοδήγηση από ηθικολόγους και το κοινό πριν το δοκιμάσουν.

Παρόλα αυτά, ο επανασχεδιασμός του DNA προκαλεί ανησυχία σε ορισμένους. Η Laurie Zoloth του Πανεπιστημίου Northwestern, βιοηθικολόγος που παρακολουθεί την προσπάθεια, ανησυχεί για την κατασκευή οργανισμών με «ιδιότητες που δεν μπορούμε να γνωρίζουμε πλήρως». Και το έργο θα ενοχλούσε τους ανθρώπους που πιστεύουν ότι η δημιουργία ζωής από το μηδέν θα έδινε στον άνθρωπο αδικαιολόγητη εξουσία, είπε.

«Δεν πρόκειται μόνο για ένα επιστημονικό έργο», δήλωσε η Zoloth σε ένα ηλεκτρονικό μήνυμα. «Είναι μια ηθική και ηθική και θεολογική πρόταση σημαντικών διαστάσεων».

Το ξαναγραμμένο DNA έχει ήδη τεθεί σε εφαρμογή σε ιούς και βακτήρια. Αυστραλοί επιστήμονες ανακοίνωσαν πρόσφατα ότι κατασκεύασαν το γονιδίωμα του ιού Ζίκα στο εργαστήριο, για παράδειγμα, για να τον κατανοήσουν καλύτερα και να πάρουν στοιχεία για νέες θεραπείες.

Στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, ο Jeffrey Way και η Pamela Silver εργάζονται για την ανάπτυξη ενός ακίνδυνου στελέχους σαλμονέλας που θα χρησιμοποιηθεί ως εμβόλιο κατά της τροφικής δηλητηρίασης από σαλμονέλα και E. coli, καθώς και της ασθένειας που προκαλεί διάρροια και ονομάζεται σιγκέλα.

Βασικός στόχος είναι να αποτραπεί η μετατροπή του στελέχους σε επιβλαβές ως αποτέλεσμα της πρόσληψης DNA από άλλα βακτήρια. Αυτό απαιτεί την αλλαγή του γονιδιώματός του σε 30.000 σημεία.

«Ο μόνος πρακτικός τρόπος για να το κάνουμε αυτό», λέει ο Way, «είναι να το συνθέσουμε από την αρχή».

Η αιχμή του δόρατος για τον επανασχεδιασμό ενός γονιδιώματος, όμως, είναι η μαγιά. Το γονιδίωμά της είναι μεγαλύτερο και πιο πολύπλοκο από τους ιικούς και βακτηριακούς κώδικες που έχουν τροποποιηθεί μέχρι στιγμής. Αλλά είναι καλά κατανοητό και η ζύμη θα ανταλλάξει εύκολα το ανθρώπινο DNA με το δικό της.

Παρ’ όλα αυτά, η αναδιατύπωση του γονιδιώματος της ζύμης είναι μια τεράστια δουλειά.

Είναι σαν μια αλυσίδα με 12 εκατομμύρια χημικούς κρίκους, γνωστούς με τα γράμματα A, C, G και T. Αυτό είναι λιγότερο από το ένα εκατοστό του μεγέθους του ανθρώπινου γονιδιώματος, το οποίο έχει 3,2 δισεκατομμύρια κρίκους. Αλλά εξακολουθεί να είναι τόσο μεγάλη δουλειά που το εργαστήριο του Boeke και επιστήμονες στις Ηνωμένες Πολιτείες, την Αυστραλία, την Κίνα, τη Σιγκαπούρη και το Ηνωμένο Βασίλειο μοιράζονται την εργασία. Μέχρι να ολοκληρωθεί το νέο γονιδίωμα της ζύμης, οι ερευνητές θα έχουν προσθέσει, διαγράψει ή τροποποιήσει περίπου ένα εκατομμύριο γράμματα DNA.

Ο Boeke συγκρίνει το γονιδίωμα με ένα βιβλίο με πολλά κεφάλαια και οι ερευνητές βγάζουν μια νέα έκδοση, με κεφάλαια που επιτρέπουν στο βιβλίο να κάνει κάτι που δεν μπορούσε να κάνει πριν.

Για να επανασχεδιάσουν ένα συγκεκριμένο τμήμα του DNA της ζύμης, οι επιστήμονες ξεκινούν με την αλληλουχία των κωδικών γραμμάτων του – τη συνταγή της ίδιας της φύσης. Φορτώνουν αυτή την αλληλουχία σε έναν υπολογιστή και στη συνέχεια λένε στον υπολογιστή να κάνει συγκεκριμένες αλλαγές. Για παράδειγμα, μια αλλαγή μπορεί να τους επιτρέψει να αναδιατάξουν τη σειρά των γονιδίων, γεγονός που μπορεί να αποκαλύψει στρατηγικές που θα κάνουν τη ζύμη να αναπτυχθεί καλύτερα, λέει η ερευνήτρια του NYU Leslie Mitchell.

Μόλις γίνουν οι αλλαγές, η νέα αλληλουχία χρησιμοποιείται ως σχέδιο. Στέλνεται σε μια εταιρεία που κατασκευάζει κομμάτια DNA που περιέχουν τη νέα αλληλουχία. Στη συνέχεια, αυτά τα μικρά κομμάτια ενώνονται μεταξύ τους στο εργαστήριο για να δημιουργηθούν όλο και μεγαλύτερες αλυσίδες.

Το πρόγραμμα έχει μέχρι στιγμής αναφέρει ότι έχει κατασκευάσει περίπου το ένα τρίτο του γονιδιώματος της ζύμης. Ο Boeke ελπίζει ότι η υπόλοιπη κατασκευή θα έχει ολοκληρωθεί μέχρι το τέλος του έτους. Αλλά λέει ότι θα χρειαστεί περισσότερος χρόνος για να δοκιμαστεί το νέο DNA και να διορθωθούν τα προβλήματα, και για να συνδυαστούν τελικά τα διάφορα κομμάτια σε ένα πλήρες συνθετικό γονιδίωμα.

Πέρυσι, ο Boeke και άλλοι ανακοίνωσαν μια ξεχωριστή προσπάθεια, αυτό που τώρα ονομάζεται Genome Project-write ή GP-write . Επικεντρώνεται κυρίως στη μείωση του κόστους κατασκευής και δοκιμής μεγάλων γονιδιωμάτων, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπινων, κατά περισσότερο από 1.000 φορές εντός 10 ετών. Το έργο εξακολουθεί να αναζητά χρηματοδότηση.

Εν τω μεταξύ, οι ηγέτες του GP-write έχουν ξεκινήσει συζητήσεις για ηθικά, νομικά και κοινωνικά ζητήματα. Και συνειδητοποιούν ότι η ιδέα της δημιουργίας ενός ανθρώπινου γονιδιώματος είναι ευαίσθητη.

«Η ιδέα ότι θα μπορούσαμε πραγματικά να γράψουμε ένα ανθρώπινο γονιδίωμα είναι ταυτόχρονα συναρπαστική για κάποιους και όχι τόσο συναρπαστική για άλλους», δήλωσε ο Boeke. «Αναγνωρίζουμε λοιπόν ότι αυτό θα απαιτήσει πολλές συζητήσεις».

Πηγή Phys.org