Na cestě k umělému životu: vědci vytvořili syntetický genom kvasinek

Už za několik let zřejmě vědci představí prvního tvora, jehož celá DNA, každé jednotlivé písmeno, bude napsána člověkem.

První krok byl oznámen dnes v odborném časopise Science. Velká skupina vědců z celého světa (bylo jich několik stovek) představila svůj výzkum: uměle vytvořili pět chromozomů pivní kvasinky. Analýza pak prokázala, že tento synteticky vytvořený genom je zcela stejný jako ten přírodní.

Video Profesor Doležal o genetické úpravě rostlin
video

Profesor Doležal o genetické úpravě rostlin


Co je na tom tak významného?

Pivní kvasinka má 16 chromozomů, takže vědci už mají téměř třetinu dokončenou uměle – a zbylé již mají připravené k produkci do konce roku plus jednu zcela lidsky navrženou navíc. Pak poprvé v lidských dějinách vznikne složitější umělý organismus zcela umělým způsobem – a přitom bude shodný s tím přírodním.

Umělé kvasinky budou pro bioinženýrství přesně tak zásadním pokrokem, jak to zní. Jde o důkaz, že vědci jsou schopní vytvářet a používat rozsáhlé genetické úpravy; upravovat mikroorganismy rozsáhlým způsobem pro další výzkum i praxi. V dlouhodobějším horizontu bychom mohli vytvářet zcela nové druhy mikroorganismů s obrovským potenciálem využití.

„Nehrajeme si na Boha,“ uvádějí vědci, kteří jsou za tento projekt zodpovědní. Přepisování genomu pokládají spíše než za stvoření života za jeho domestikaci: „Psa také nikdo nestvořil; (naši předkové) jen vylepšili vlka,“ uvedla hlavní autorka práce Sarah Richardsonová.

Vědci již nyní mají velké množství nástrojů, jak DNA upravovat – od rekombinace DNA, až po editační nástroj CRISPR/Cas9. Všechny tyto metody se dále používají jen pro drobné změny DNA – asi jako byste v knize přepsali několik písmen, maximálně vložili několik stran odjinud. Nová metoda vytváření syntetické DNA by se dala považovat za napsání zcela nové knihy.

Jak těžké je vytvořit umělou DNA

Tento projekt se jmenuje Sc2.0 – což je narážka na to, že jde o verzi 2.0 klasické pivovarské kvasinky Saccharomyces cerevisiae. Celkem trval 10 let, za několik let by měl být dokončen s celkově syntetickým organismem.

Doposud se něco podobného podařilo jen u bakterie, což je nesrovnatelně jednodušší práce. Bakterie, na nichž se tento výzkum konal, mají 4 miliony párů DNA – kvasinky jich mají 12 milionů. Právě proto na výzkumu muselo pracovat tak extrémní množství výzkumníků.
Projekt Sc2.0 je realizován konsorciem dvanácti předních laboratoří, které se zaměřují na výzkum kvasinek v USA, Velké Británii, Číně, Francii, Singapuru a Austrálii a které si stanovily ambiciózní cíl vytvořit do roku 2018 první syntetický genom kvasinek.

Výsledky naznačují, že umělý model genomu pivní kvasinky se vyznačuje velikou mírou modifikovatelnosti a flexibility v přidávání a vymazávání struktur DNA. Tento úspěch při přetvoření genomu kvasinky je dalším milníkem na cestě k tvorbě syntetického života po ukončení projektu syntetického genomu. Spoluautor článku synII a vedoucí týmu z Univerzity v Edinburku Dr. Yizhi Cai poznamenal: „Jedná se opravdu o veliký milník v oblasti syntetické biologie a biotechnologie. Dokazuje to, že jsme v technické biologii na úrovni chromozomů dokázali něco mimořádného, což by nebylo možné bez skvělé spolupráce našich mezinárodních týmů Sc2.0. Těším se na další práci s tímto úžasným týmem při dokončování celého syntetického genomu kvasinek v následujících letech.“

Proč vytvářet umělý život?

„Když pochopíte, jak funguje rádio, budete schopní ho rozebrat a opravit,“ uvedla Richardsonová. A to stejné platí i pro genetiku – a navíc se dá vyrobit nové „rádio“ s lepšími parametry než to původní.

Video Dan Stach o genetické úpravě embryí v USA
video

Dan Stach o genetické úpravě embryí v USA

Již tento výzkum dokázal popsat, které geny jsou v DNA kvasinky zásadní a které naopak téměř (nebo úplně) zbytečné. Pivovarské kvasinky jsou jednobuněčné organismy, jež mají schopnost přeměňovat zkvasitelné cukry na alkohol a oxid uhličitý. Kromě těchto hlavních produktů vytvářejí i řadu vedlejších látek, jako jsou estery, vyšší alkoholy a kyseliny. Pro naši civilizaci jsou tedy velmi důležité – zejména při výrobě piva nebo pečiva. Vědci v rámci tohoto projektu poznali, že i droboučká úprava kódu může znamenat rozdíl mezi zdravou a mrtvou buňkou.

Až vědci dokončí projekt, budou schopní měnit genetický kód pivovarských kvasnic tak, aby se naučily nové triky – například přetvářet cukry na jiné látky. Anebo donutí buňky, aby naopak vyráběly alkoholu více, což se může lidstvu velmi hodit například při vývoji biopaliv.
Ještě důležitější než výzkum konkrétního druhu organismu je ale význam pro budoucí poznání. Schopnost vytvářet nové organismy, „psát nové genetické knihy“ u mnoha jiných druhů organismů, je pro genetické inženýrství Mekkou, k níž celá tato věda směřuje.