Vědci poprvé sestavili genom bakterie zcela od nuly

- Příroda autor: Ladislav Loukota

Poprvé v historii se genetikům podařilo vytvořit zcela nový genom živočicha tak, že jej "naprojektovali" jenom v počítači. Výsledkem bylo DNA bakterie, které sice stálo na mustru existujícího živočicha, ale jeho genom byl upraven tak, že šlo o jakýsi "upgrade" původního druhu. Jde o "umělý život"? A má nás takový pokrok děsit, anebo fascinovat?

Ilustrační snímek

Ilustrační snímek,zdroj: Profimedia.cz

Jmenuje se Caulobacter ethensis 2.0 a představuje první genom živočicha, který byl poskládán jenom rukou člověka. I když byl genom C. ethensis 2.0 fyzicky vytvořen pomocí syntézu velké molekuly DNA, organismus odpovídající C. ethensis 2.0 sám vytvořen ještě nebyl. Přesto vytvoření umělého řetězce DNA dokazuje pokrok, jaký věda na poli chápání genomu udělala.

Geny C. ethensis 2.0 jsou založené na bázi neškodné sladkovodní bakterie Caulobacter ethensis, která je využívána jako modelový organismus v laboratořích po celém světě. Její genom je detailně prozkoumán a velmi dobře pochopen. Bakterie běžně obsahuje kolem 4000 genů - mnoha zkouškami bylo ale zjištěno, že k životu ji stačí jenom 680 genů. Podobný minimální genom pak tvoří předlohu toho, co bylo třeba k vytvoření genomu C. ethensis 2.0.

Bratři Beat a Matthias Christensenovi ze švýcarské ETH Curych chemicky syntetizovali genom C. ethensis 2.0 jeden gen po druhém. Celkem takto vytvořili 236 genomových segmentů, které se následně skládaly dohromady po stále větších kouscích. "Syntéza jednotlivých segmentů není snadná," řekl ke studii Matthias, "Molekuly DNA mají nejen schopnost držet se jiných molekul DNA, ale v závislosti na sekvenci se mohou také zkroutit do smyček a uzlů, což může skládání genomu komplikovat."

Vědci také výrazně zjednodušili celé (re)sekvenování genomu, aniž by modifikovali skutečnou genetickou informaci na úrovni samotného proteinu. Algoritmus pro syntézu a resekvenování z EHT Curych využívá přirozené redundace genového kódu - příroda tomu chtěla, že DNA má jako úložiště informací hned několik úrovní "zabezpečení". Například typicky existuje hned několik různých možností, jak zapisovat dědičnou informaci do DNA. Vědci vsadili na tuto redundanci a vypočítali ideální cestu ke konstrukci genomu od nuly.

Umělý život - už zase?

Výsledkem jejich syntézy však ve skutečnosti nebyl živý organismus, ale pouze syntetizovaná DNA molekula. Jak si tedy můžeme být jistí, že experiment uspěl? Inu, ve skutečnosti zatím s jistotou genom za funkční prohlásit nelze. Můžeme jej však srovnat s jinými zástupci C. ethensis. Christensenovi tak krom umělé C. ethensis 2.0 vložili postupné části genomu C. ethensis 2.0 i do běžných bakterií C. ethensis.

Metodou pokus-omyl takto byli schopni otestovat funkce umělých genů v živém organismu. Každý z umělých genů testovali v několikastupňovém procesu. Nakonec zjistili, že pouze asi 580 z 680 umělých genů bylo doopravdy funkčních. Za stoprocentní tak experiment prohlásit nelze - přesto zjevně  princip fungoval lépe, než na počátku výzkumu Christensenovi sami čekali.

Není to totiž poprvé, co byli vědci schopni takto syntetizovat umělý genom - první průlomový pokus ve skutečnosti realizoval 11 let nazpět sám Craig Venter, americký průkopník syntetické biochemie. Venter však jenom (re)syntetizoval přesnou kopii existujícího genomu. Švýcarský výzkum namísto toho DNA sestavil a upravil od nuly, ačkoliv samozřejmě na základě existujícího povědomí o specifických genech. Venterův tým navíc disponoval 20 členy a rozpočtem 40 milionů dolarů. Švýcaři byli schopni tyto sumy radikálně snížit na ekvivalent 100 tisíc dolarů.

Těžko tak říct, zdali lze výzkum Christensenových označit za vytvoření umělého života - stejně šokantní "definice" totiž zaznívaly i 11 let zpátky u Ventera, a mnohokrát dříve v historii. Třeba při prvním in vitro oplození. Čeho však Christensenovi skutečně dosáhli, je jeden z mnoha zatěžkávacích testů naší znalosti genetiky. Je vidět, že stále máme hluchá místa. 580 ze 680 genů C. ethensis 2.0 to jasně dokazuje. Přesto je zároveň znát, že za pouhou dekádu došlo na řádové zjednodušení genové syntézy od nuly.

A to je v součtu úplně stejně děsivé, jako však i fascinující!

Studie byla publikována v PNAS

Tagy: genetika věda a technika věda a poznání