Syntetická biologie: definice nového druhu vědy
Syntetická biologie spojuje molekulární genetiku, inženýrství a informatiku.
Cílem není jen upravovat existující organismy, ale vytvářet nové biologické systémy s předem definovanými vlastnostmi.
Na počátku stála genetická editace – dnes už běžná technologie CRISPR-Cas9. Dalším krokem se stalo syntetické sestavení DNA z jednotlivých chemických stavebních kamenů.
V roce 2010 tým amerického biologa Craiga Ventera vytvořil první buňku řízenou umělým genomem. Tento projekt, označený jako JCVI-syn1.0, znamenal zásadní zlom: vznikl organismus, jehož genetická informace byla zcela uměle navržena a syntetizována.
Minimální buňka: život na hraně definice
Venterův tým šel dál a v roce 2016 publikoval výzkum JCVI-syn3.0 – bakterii obsahující pouze 473 genů, což je minimum nutné pro samostatný život.
Každý gen byl analyzován a testován, zda je nezbytný pro funkci buňky. Výsledek ukázal, že asi třetina genů nemá dosud známou funkci, což naznačuje, že i nejjednodušší život je složitější, než jsme si mysleli.
Tato minimální buňka se stala modelem pro výzkum základních principů života a otevřela dveře k biologickým systémům, které by mohly být programovatelné podobně jako software.
Umělá DNA a xeno-organismy
Vedle redukovaných buněk vznikají i takzvané xeno-organismy – organismy s alternativní genetickou abecedou.
V laboratoři Scripps Research Institute se podařilo přidat do DNA dvě nové báze označované X a Y, čímž vznikl genetický kód se šesti písmeny místo čtyř.
Tyto organismy dokážou vytvářet nové druhy bílkovin, které se v přírodě nevyskytují. Mohly by sloužit k vývoji nových léčiv, biosenzorů nebo materiálů.
Zároveň vyvolávají etickou otázku: pokud život dokážeme navrhnout, stáváme se jeho tvůrci, nebo pouze inženýry přírody?
Autonomní buňky a „digitální DNA“
Současné experimenty se zaměřují na propojení biologických systémů s umělou inteligencí.
V Cambridge vznikl projekt AI-Cell, kde algoritmy navrhují genové sítě podle požadovaného chování – například reakci na světlo nebo produkci určité látky.
V současnosti se také testuje přenos genetických dat v digitální podobě: DNA sekvence se ukládají na servery a posílají do laboratoří, které z nich pomocí syntetizátorů vytvářejí fyzickou DNA.
Život se tak doslova překládá z kódu do hmoty.
Rizika a etické hranice
Syntetický život přináší i otázky bezpečnosti.
Co se stane, pokud se modifikovaný organismus vymkne kontrole?
Jak zabránit jeho šíření v ekosystému?
Proto se výzkum řídí přísnými protokoly biologické bezpečnosti a většina experimentů probíhá v uzavřených systémech.
Etické komise varují, že rozmazávání hranice mezi živým a umělým může změnit naše vnímání samotného pojmu „život“.
Podle bioetičky Sheily Jasanoffové z Harvardu „syntetická biologie nevyvolává otázku, zda můžeme život vytvořit, ale jaký druh odpovědnosti tím na sebe bereme“.
Syntetická biologie dnes posouvá hranice možného.
Buňky vytvořené v laboratoři dokazují, že život lze analyzovat, naprogramovat a částečně reprodukovat, ale zároveň ukazují, jak křehká je jeho definice.
Na pomezí biologie a technologie se tak rodí nová věda – věda, která možná jednou přepíše i naši vlastní evoluci.
Zdroje
Gibson, D. G. et al., Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome, Science, 2010, DOI: 10.1126/science.1190719
Hutchison, C. A. III et al., Design and synthesis of a minimal bacterial genome, Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aad6253
Malyshev, D. A. et al., A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet, Nature, 2014, DOI: 10.1038/nature13314
Zhang, Y. et al., A semi-synthetic organism that stores and retrieves increased genetic information, Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature24659