Pomôže syntetická biológia vyriešiť najpálčivejšie problémy ľudstva?

24. sep. 2020 • Biologické vedy

Pomôže syntetická biológia vyriešiť najpálčivejšie problémy ľudstva?

Môže sa zdať, že sa hrajú na Boha. Biologickí inžinieri majú veľké ambície – chcú pomôcť vyriešiť hlad, klimatickú krízu či zastaviť šírenie smrteľných vírusov. Táto disciplína však má aj svoje limity a riziká.

Syntetická biológia predstavuje nielen vedecký, ale aj filozoficko-etický míľnik v dejinách ľudstva. Kým doteraz sme za tvorcu všetkého živého na Zemi pasovali Boha či prírodu, syntetická biológia túto predstavu narúša. Jej protagonisti - vedci - sa v laboratórnych podmienkach pokúšajú nielen o zámernú „rekonštrukciu“ živých organizmov, ale aj o vytváranie úplne nových, umelých foriem života, ktoré sa dosiaľ na našej planéte Zem nevyskytovali.

Stará aj nová veda

Syntetická biológia je pomerne mladá vedecká disciplína (od jej zrodu uplynulo len necelých 20 rokov), no mnohí ju považujú za vedu budúcnosti. Jej zástancovia do nej vkladajú veľké nádeje a tvrdia, že sa vďaka nej ľudstvu podarí riešiť aj tie najväčšie problémy, globálnym otepľovaním a jeho dôsledkami počnúc, epidémiami infekčných chorôb (vrátane pandémie COVID-19) končiac. Zveličene a obrazne možno povedať, že výskumníci v oblasti syntetickej biológie sa pokúšajú umelo vytvoriť nové formy života, ktoré ešte Boh nestihol stvoriť.

Napriek tomu, že pojem syntetická biológia je starý a po prvý raz ho použil už v roku 1910 francúzsky biológ Stéphane Leduc (a potom dočasne upadol do zabudnutia), experimentálny výskum na poli syntetickej biológie naštartovala na prvý pohľad absurdná myšlienka amerického vedca Tima Gardnera, ktorú sa mu podarilo realizovať v januári 2020.

Prirovnal elektrický obvod k časti bakteriálnej DNA s dvoma regulačnými úsekmi génov, takzvanými promótormi (teda súčasťami génov, ktoré iniciujú „čítanie“/expresiu ich DNA), ktoré sa navzájom môžu vypínať (odborne vyjadrené reprimovať) a ktorými možno manipulovať.

Thimoty Gardner, Charles Cantor a James Collins teda „nadizajnovali“ a „zostavili“ prvý umelý genetický prepínač. V tom istom čase výskumníci Michael Elowitz a Stanislav Leibler informovali o dosiahnutí ďalšej méty. Ňou bolo zostrojenie prvého syntetického oscilátora, ktorý nazvali repressilator.

Genetický oscilátor predstavoval systém troch génov. Interakcia ich génových produktov viedla k syntéze fluorescenčného proteínu, pričom táto syntéza neprebiehala nepretržite, ale viedla k takzvanej periodickej oscilácii, čo znamená, že v určitých časových úsekoch začali bunky blikať.

Aké sú prísľuby syntetickej biológie?

Nové syntetické mikroorganizmy šité na mieru budú likvidovať ropné škvrny, metabolizovať oxid uhličitý, a tak znižovať negatíve dôsledky skleníkového efektu. Budú tiež produkovať vakcíny, vytvárať nové druhy biopalív, liečiv a podobne.

Viaceré produkty syntetickej biológie nájdu uplatnenie v biomedicíne. Rysujú sa napríklad možnosti vytvorenia baktérií, ktoré by zámerne zabíjali rakovinové bunky, pričom by nechali na pokoji zdravé nenádorové bunky.

Dôležitou aplikáciou syntetickej biológie je v rámci takzvaného metabolického inžinierstva výroba užitočných látok, ktoré živé organizmy prirodzene neprodukujú. Pomocou genetických manipulácií sa napríklad podarilo naprogramovať  pivné kvasinky Saccharomyces cerevisiae tak, aby bol stimulovaný systém umelej syntézy molekulárneho prekurzoru antimalarickej zlúčeniny artemisinínu. Tento sa tradične získava z rastliny Artemisia annuata, samozrejme, v oveľa menšom objeme. Ekonomicky výhodné je preto získavať artemisín z kvasiniek, najmä keď tento postup umožňuje znížiť výrobné náklady o neuveriteľných 90 percent. Za zmienku stojí aj výroba protinádorového liečiva taxolu z kvasiniek Saccharomyces cerevisiae.

Ilustračná foto: Vizualizácia analýzy genómu. Zdroj: iStockphoto.com

Aké sú limity syntetickej biológie?

Napriek výrobe užitočných látok pomocou procesov metabolického inžinierstva má v súčasnosti syntetická biológia limity, pokiaľ ide o jej zameranie na vyššie eukaryotické organizmy, ktorých bunky obsahujú bunkové jadro.

Táto zložitá bunková štruktúra/organela baktériám (patriacim medzi prokaryoty) chýba, a preto vyššie eukaryotické organizmy s umelým genómom nebudú ešte dlho doménou syntetických biológov, ale len autorov sci-fi.

V súčasnosti syntetickí biológovia najviac pokročili pri dizajnovaní syntetických kvasiniek (patriacich medzi nižšie eukaryotické organizmy). Prvým úspechom syntetických biológov bola syntéza piatich syntetických chromozómov kvasinky S. cerevisiae z celkového počtu 16 a postupne sa finalizuje syntéza ďalších, aby vedci do konca roku 2020 získali kompletný syntetický genóm pivnej kvasinky.

Aké sú riziká syntetickej biológie?

Niektorí zástancovia syntetickej biológie sa domnievajú, že všetky nové genómy vytvorené vedcami by sa mali stať vlastníctvom celého ľudstva a mali by byť prístupné pre každého. Odporcovia však varujú, že syntetické mikroorganizmy síce môžu likvidovať ropné škvrny, ale tým, že sa vypustia do postihnutým oblastí, môžu spôsobiť ešte väčšie potenciálne nebezpečenstvo - biologické znečistenie.

Je stále záhadou, ako sa budú v prírode správať syntetické gény. Syntetické organizmy môžu preniesť svoje gény do prirodzených organizmov a narušiť ekologickú rovnováhu. Z tohto dôvodu sa odporúča, aby syntetické mikroorganizmy zámerne vypustené do prírody niesli samovražedné, respektíve samodeštruktívne gény. Samozrejmosťou by malo byť zavádzanie prísnych bezpečnostných pravidiel a náležitých opatrení na to, aby syntetické gény náhodou nekontrolovane neunikli z laboratórií.

V súvislosti so syntetickou biológiou sa v odborných kruhoch spomínajú dve riziká, ktoré sa a označujú bioerrorizmus a bioterorizmus. Pri bioerrorizme môže dôjsť v dôsledku neúmyselnej chyby a náhodného zlyhania bezpečnostných opatrení k úniku syntetických organizmov z laboratórií do životného prostredia, pri bioterorizme k ich zámernému zneužitiu v podobe biologických zbraní.

Prívržencom syntetickej biológie záleží na tom, aby sa mohla ďalej úspešne rozvíjať a nebola zbytočne obmedzovaná. Zároveň si ale uvedomujú, že je dôležité správať sa zodpovedne, akceptovať základné etické princípy a rešpektovať pravidlá, ktoré by zabránili jej zneužitiu. Správnym riešením dilemy, či výskum obmedzovať, alebo len náležite regulovať, je dosiahnutie kompromisu, ktorý by na jednej strane zaistil bezpečnosť a na druhej strane umožnil ďalší rozvoj syntetickej biológie.

Prof. RNDr. Eva Miadoková, DrSc., Katedra genetiky Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave

 

Hore
Vedecká cukráreň 10/2020
Veda v CENTRE 10/2020
sutaz FB TVT 2020
Noc výskumníkov 2020
Veda v CENTRE / Vedecká kaviareň 9/2020
Quark_10/2020
TVT2020 prihlasovanie
Agrofilm
Aurelium - centrum vedy
Quark 25 rokov
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Srdcové zlyhávanie je stav, ku ktorému dochádza pri vážnom poškodení srdcového tkaniva.
Zistite viac