În ciuda controverselor recente, oamenii nu au început sã modifice natura în ultimele decenii, ci de câteva milenii bune. Selecþia artificialã a permis omului sã transforme numeroase organisme din jurul sãu, atât plante cât ºi animale. Din 3 specii de bour existente acum 10.000 de ani, oamenii au fãcut ca astãzi sã existe peste 800 de rase de vaci, iar din lupi oamenii au creat o diversitate de rase de câini, de la minusculul Chihuahua la masivul dog german.
De asemenea, porumbul consumat astãzi în întreaga lume a fost adus la forma actualã în urma domesticirii teosintului. Toate aceste transformãri radicale pe care omenirea le-a provocat asupra lumii înconjurãtoare au fãcut ca oamenii de ºtiinþã sã conceapã termenul de „antropocen” (epoca omului) pentru a descrie perioada în care omenirea a dominat planeta, influenþând majoritatea ecosistemelor.
În luna mai a anului 2010, Terra a fost martorã la repetarea unui eveniment dupã 3,7 miliarde de ani: o colecþie de substanþe chimice anorganice au dat naºtere unei forme de viaþã. Dacã prima oarã acest eveniment a avut loc în interiorul „supei primordiale” ce stã la originea tuturor formelor de viaþã de pe Pãmânt, în 2010 acest moment important din istoria planetei s-a repetat în laboratorul din California condus de celebrul biolog J. Craig Venter.
Daniel Gibson ºi colegii sãi de la Institutul J. Craig Venter au sintetizat genomul bacteriei Mycoplasma mycoides, dupã care l-au ansamblat în interiorul unei celule de drojdie. Apoi, au transplantat genomul în celula unei specii înrudite, Mycoplasma capricolum . Dupã ce noua celulã a trecut prin procesul de diviziune celularã, celulele din colonia bacterianã nou-creatã conþineau în exclusivitate proteinele caracteristice M. Mycoides. Reuºita cercetãtorilor de la Institutul J. Craig Venter a reprezentat un prim pas spre dezvoltarea ºi testarea unor noi variante ale organismelor existente.
„Metoda pe care am conceput-o ne permite sã lucrãm cu o secvenþã ADN pentru a proiecta organisme pe placul nostru. Putem lucra la nivel de nucleotide, operând orice schimbãri dorim în cadrul genomului”, a explicat Gibson. Spre deosebire de modificãrile genetice pe care cercetãtorii le puteau realiza pânã acum, noua metodã permite modificarea întregului genom ºi oferã opþiunea de a adãuga segmente de ADN care nu existã în naturã, dar pe care cercetãtorii le-ar putea proiecta pentru a obþine diverse beneficii.
De la viaþa naturalã la viaþa sinteticã
Julian Sãvulescu, profesor de eticã la Universitatea Oxford, a declarat cã „Venter a deschis cea maiascunsã uºã din istoria omenirii, dincolo de care s-ar putea afla destinul nostru. Cercetãtorul nu s-a limitat la a copia viaþa sau la a o modifica prin inginerie geneticã, ci a fãcut pasul spre rolul de Dumnezeu: a creat viaþã artificialã care altfel nu ar fi existat niciodatã”.
Craig Venter, conducãtorul institutului ce-i poartã numele, afirmã cã reuºita echipei sale reprezintã obþinerea unei legãturi desãvârºite între lumea digitalã ºi cea a biologiei. „Codul digital ºi cel genetic au foarte multe în comun. Codul digital este unul binar, format din 0 ºi 1, pe când cel genetic este unul în bazã 4, format din A, C, G ºi T. Acum avem capacitatea de a transforma un cod în celãlalt, definind astfel viaþa la cel mai elementar nivel al sãu”, a explicat Venter.
„Ceea ce era un mister acum 70 de ani este acum perfect înþeles. ªtim ce este o celulã, ºtim care sunt componentele sale ºi cum funcþioneazã. Toate proteinele dintr-o celulã sunt roboþi în miniaturã. Nu au creier, nu au suflet, au doar o structurã care le determinã funcþia, iar aceastã structurã le este definitã de codul genetic. În clipa asta nu simþiþi, însã fiecare din cele 100 de trilioane de celule ce formeazã corpul vostru metabolizeazã proteine. În fiecare zi eliminaþi 500 de miliarde de celule ale pielii – praful care se depune în casa dumneavoastrã este format de fapt din mici elemente ale corpului vostru. La fiecare douã-trei sãptãmâni, vã reînnoiþi întreaga piele. De altfel, asta este biologia: o continuã stare de reînnoire, iar aceastã reînnoire este condusã de un software. Fãrã ADN, orice celulã moare. De fapt, acesta este motivul pentru care radiaþiile omoarã oamenii, pentru cã deregleazã codul genetic, îl stricã, ceea ce duce la degradarea rapidã a proteinelor”, spune cercetãtorul.
„Viaþa se bazeazã pe software-ul ADN. Formele de viaþã constituie un sistem bazat pe software-ul ADN, astfel cã atunci când schimbi ADN-ul, schimbi specia. Este un concept remarcabil de simplu, însã totodatã remarcabil de complicat la implementare”, a explicat Craig Venter.
Pentru a se asigura cã au reuºit sã creeze o celulã sinteticã, cercetãtorii conduºi de Venter au creat o „amprentã” care garanta posibilitatea de a distinge specia sinteticã de orice specie apãrutã natural. Oamenii de ºtiinþã ºi-au inscripþionat propriile nume în ADN-ul speciei artificiale ºi un mesaj cu un link cãtre un site web. „Fiind vorba despre prima specie ce are ca «pãrinte» un computer, ni s-a pãrut adecvat sã conþinã în propriul genom un URL cãtre un site web”, a explicat Venter.
„Este uluitor faptul cã atunci când înlocuieºti software-ul ADN dintr-o celulã, aceasta începe instantaneu sã citeascã noul software, creând un nou set de proteine, pentru ca în scurt timp toate caracteristicile speciei iniþiale sã disparã ºi sã aparã o nouã specie. Aceastã descoperire ne oferã o nouã abordare asupra modului în care înþelegem conceptul de «viaþã»”, a spus cercetãtorul.
Într-un discurs þinut la Trinity College în Dublin, Craig Venter a afirmat cã „devine absolut clar cã toate celulele vii de pe aceastã planetã sunt maºini biologice conduse de ADN, compuse din sute ºi mii de «roboþi» proteici programaþi de ADN. Proteinele-roboþi îndeplinesc funcþii biochimice precis stabilite ce s-au dezvoltat în urma a miliarde de ani de schimbãri evolutive ale software-ului”. Venter a adãugat cã „am arãtat acum, prin folosirea genomurilor ADN sintetice, cã atunci când schimbi software-ul ADN dintr-o celulã, schimbi specia. Aºadar, putem digitaliza viaþa ºi putem crea viaþã din lumea digitalã”.
Venter a dezvãluit în cadrul aceleiaºi prelegeri planurile mari pe care le are pentru viitor: „Momentan, toate formele de viaþã, inclusiv celula noastrã sinteticã, se bazeazã pe alte forme de viaþã celulare. Acest lucru se va schimba în viitorul apropiat, pe mãsurã ce vom descoperi cocktailul potrivit de enzime, ribozomi ºi substanþe chimice ce ne va permite sã creãm noi celule ºi noi forme de viaþã ce nu au un istoric celular”.
Reuºitele echipei lui Venter sunt deja aplicate în viaþa de zi cu zi. „De exemplu, în cadrul unui parteneriat cu guvernul SUA, primim prin email secvenþa digitalã a unui virus gripal cu potenþial pandemic ºi o convertim într-un genom de virus în cel mult 12 ore. Acum lucrãm la dezvoltarea unui aparat care va permite «convertirea» din forma digitalã în cea biologicã, aºa cum telefonul transformã informaþia digitalã în sunet. Vom putea transmite ADN-ul în formã digitalã cu viteze apropiate de cea a luminii, urmând ca informaþia digitalã sã fie transformatã în proteine, virusuri ºi celule vii. În cazul unei pandemii de gripã vom putea distribui un nou vaccin în câteva secunde în jurul lumii, iar în viitor va fi posibil sã transmitem vaccinul în formã digitalã cãtre fiecare casã”, a explicat Venter.
„Recent, filmul Contagion a expus scenariul în care populaþia de pe întreg globul pierea din cauza unei pandemii, în aºteptarea unui vaccin. Acum, realitatea devine mai spectaculoasã decât filmele SF. Folosind ADN sintetic, putem crea astãzi un vaccin în doar 12 ore. Închipuiþi-vã scenariul unei pandemii majore, când nu veþi putea merge în oraº sau chiar nu veþi putea ieºi din casã. Închipuiþi-vã cã veþi avea o cutie lângã computer, similarã unei imprimante 3D, care va putea realiza vaccinul aproape instantaneu, dupã ce veþi recepþiona «reþeta» sa printr-un email. Dacã astãzi lucrãm cu informaþia digitalã, în scurt timp o vom folosi în contextul biologiei”, a adãugat Venter. „Dacã acum 10 ani aceastã idee ar fi putut pãrea una science-fiction, acum ea devine realitate”, a mai spus biologul.
Unii cercetãtori au minimizat reuºita din 2010 a echipei lui Venter, subliniind cã acesta nu a creat o formã nouã de viaþã. Cu toate acestea, echipa americanului a demonstrat cã oamenii de ºtiinþã pot trece de la citirea genelor la scrierea acestora. Acum, cercetãtorii conduºi de Venter lucreazã la conceperea unor microbi sintetici, diferiþi de oricare altã specie existentã în naturã. „Avem în desfãºurare un concurs de design ce are ca temã conceperea unui genom proiectat în exclusivitate pe computer. Au fost concepute deja trei genomuri, urmând ca pânã la finalul acestei veri sã ºtim dacã vreunul dintre acestea poate funcþiona ca o celulã vie”, a declarat Venter pentru Financial Times în luna iulie a acestui an.
Venter doreºte sã obþinã aºa-numitul „genom minimal”, adicã ADN-ul cu cele mai puþine gene, ce nu-ºi pierde capacitatea de a menþine în viaþã un organism. Cel mai mic genom întâlnit în naturã aparþine bacteriei Mycoplasma genitalium, ale cãrei 525 de gene sunt codificate în 580.000 de „litere” chimice ale ADN-ului. Venter doreºte sã afle care pãrþi din ADN sunt absolut necesare vieþii ºi care sunt superflue, rãmãºiþe ale procesul evolutiv.
„Vrem sã înþelegem principiile fundamentale ce stau la baza design-ului vieþii, pentru a o putea remodela – aºa cum ar fi fãcut-o un designer inteligent, dacã ar fi existat unul”, spune Venter, fãrã modestie.
Ce ne va aduce în viitor biologia sinteticã?
Craig Venter considerã cã biologia sinteticã reprezintã o soluþie pentru nenumãrate probleme ale omenirii, de la încãlzirea globalã pânã la obþinerea unei cantitãþi suficiente de hranã pentru o populaþie în continuã creºtere.
În 2010, când Congresul SUA a organizat o întrunire pe tema biologiei sintetice, Venter a explicat cã, în viitor, aceastã nouã ramurã a ºtiinþei ar putea aduce beneficii extraordinare omenirii. Cercetãtorul a dat ca exemplu microbii, care ar putea fi proiectaþi pentru a se hrãni cu dioxidul de carbon din aer, reducând cantitatea de gaze poluante din atmosferã, urmând sã elimine combustibil pe care oamenii îl vor putea utiliza.
Venter crede cã un genom minimal, conceput cu un design eficient, reprezintã un pas cheie spre conceperea organismelor care vor rezolva marile probleme ale umanitãþii, precum producerea de combustibil fãrã a polua, sau obþinerea hranei mai eficient decât prin agricultura convenþionalã. Pentru aceasta, Venter vrea sã creeze un „ºasiu” al vieþii, cãruia sã-i fie adãugate diferite funcþii de cãtre biologii-ingineri. „Viaþa a evoluat haotic, prin schimbãri aleatorii ce s-au petrecut în ultimele trei miliarde de ani. Acum vrem sã concepem un sistem modular, astfel cã vom avea un modul pentru reproducerea cromozomului ºi diviziunea celularã, iar apoi vom putea decide ce fel de metabolism vrem sã aibã organismul. De exemplu, vrem sã trãiascã pe bazã de zahãr sau sulf, sau dorim sã transforme dioxidul de carbon în metan?”, a descris Venter planul echipei sale.
Biologia sinteticã produce deja beneficii: în California, cercetãtorii au conceput o formã artificialã de drojdie care produce artemisininã, o substanþã chimicã ce joacã un rol cheie în lupta contra malariei. În mod normal, artemisinina se extrage din planta Artemisia annua, însã drojdia creatã de cercetãtori permite obþinerea acesteia cu un cost mai redus, o veste încurajatoare pentru sutele de milioane de oameni afectate de malarie.
Cercetãrile în desfãºurare oferã perspective încurajatoare pentru biologia sinteticã. Dacã specialiºtii NASA încearcã sã conceapã o bacterie care sã combatã efectul radiaþiei la care sunt expuºi astronauþii, cercetãtorii din cadrul unei companii elveþiene au creat un circuit genetic proiectat pentru a detecta ºi distruge celulele canceroase fãrã efectele secundare provocate de chimioterapie ºi de radioterapie.
Printre numeroasele posibile utilizãri ale acestui nou domeniu ºtiinþific se numãrã crearea unor microorganisme modelate pentru a produce medicamente, a detecta substanþe toxice, a elimina poluanþii, a repara genele defecte ºi chiar pentru a genera hidrogen, combustibilul cãruia mulþi specialiºti îi atribuie un rol esenþial în economia post-petrol.
Venter crede cã biologia sinteticã va constitui, totodatã, elementul cheie ce va permite omenirii sã exploreze ºi sã colonizeze alte planete. „În funcþie de cât de apropiate sunt Luna ºi Marte la un moment dat, dureazã între 4 ºi 21 minute ca o undã electromagneticã, lumina, sã cãlãtoreascã de la Pãmânt pe Marte. În viitor, vom putea trimite noi medicamente sau noi forme de viaþã ce permit producerea de energie ºi de hranã ca informaþii digitale. Închipuiþi-vã cã vã aflaþi într-o colonie pe Marte ºi cã doriþi o nouã celulã care produce un vaccin sau alimente – veþi primi un email ºi îl veþi putea converti într-o formã biologicã”, prezice Venter.
Cercetãtorul american nu este singurul entuziasmat de potenþialul biologiei sintetice. În Marea Britanie, un raport realizat de Royal Academy of Engineering a concluzionat cã biologia sinteticã „are o importanþã extraordinarã în ceea ce priveºte creºterea bogãþiei naþiunii”, specialiºtii de la Centre for Synthetic Biology and Innovation afirmând cã aceastã nouã ramurã a ºtiinþei ar putea duce la o nouã revoluþie industrialã. Printre reuºitele cercetãtorilor britanici se numãrã deja conceperea unei bacterii cu gene sintetice ce poate fi introdusã în apa de bãut. Atunci când în apã sunt detectaþi paraziþi, genele sintetice fac bacteria sã se coloreze.
Atunci când unul dintre cei mai importanþi oameni de ºtiinþã din domeniul biologiei sintetice a fost întrebat unde poate duce biologia sinteticã, acesta a rãspuns: „e ca ºi cum ai fi întrebat în 1960 care este potenþialul computerelor – cine ar fi putut sã-l prezicã?”. Primele reuºite ale biologiei sintetice sugereazã cã aceastã nouã ramurã a ºtiinþei va avea un impact la fel de mare asupra omenirii precum cel provocat de dezvoltarea computerelor. Dacã acum câþiva ani aceastã „joacã de-a Dumnezeu” era un scenariu de film SF, biologia sinteticã se contureazã astãzi ca o cale de identificare a unor metode noi pentru producerea de hranã, energie ºi medicamente, reducând efectele nocive pe care o populaþie în continuã dezvoltare le produce asupra Pãmântului.
sursa: descoperã.ro
