Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu

O krok blíž k Frankensteinovi. Vědci staví umělý organismus

aktualizováno 
V časopise Science se právě nyní představil další úspěch tzv. "syntetické biologie", tedy vytváření umělých organismů. Nový, prudce se rozvíjející vědní obor nabízí řešení řady ožehavých problémů současného lidstva a také nebezpečí a rizika.

Tak co z vás uděláme? Biologové dnes mají netušené možnosti. | foto: Profimedia.cz

Termín "syntetická biologie" zní našemu uchu jako protimluv čili oxymóron a ledaskdo by ho přiřadil k "mrtvé milenky citu", jímž přizdobil svůj Máj Karel Hynek Mácha, nebo k "ohlušujícímu tichu", jaké zavládne v klíčových momentech románů nevalné kvality. Těžko si představit dva odlišnější světy, než je ten "umělý" či "syntetický" a "biologický" či "přírodní".

"Protimluvný" obor je dynamické odvětví, které se tiše připravuje změnit svět. V některých směrech prošlapává zcela nové cestičky, v jiných navazuje na starší obory, jako je genové inženýrství.

Americký syntetický biolog Peter Schultz z kalifornského Scripps Research Institute charakterizuje svůj obor slovy: "Děláme to, co by dělal Bůh, kdyby sedmý den po stvoření světa neodpočíval." Syntetičtí biologové tak vytvářejí molekuly a organismy, které asi mohly na Zemi vzniknout, ale nedošlo na ně, protože je evoluce nepotřebovala nebo jí na ně nezbyl čas.

Lego z pivního specialisty

Zatím ale rozhodně nevytvářejí přímo Frankensteiny. Nejnovějším příkladem organismu vzniklého s vydatným přispěním syntetické biologie je kvasinka pivní (Saccharomyces cerevisiae) kmene Sc2.0, která vznikla spojeným úsilím početného mezinárodního týmu vědců vedených Jefem Boekem a Srinivasanem Chandrasegaranem z Johns Hopkins University v americkém Baltimore. Stručnou zprávu o tomto nevšedním organismu přinesl 27. března vědecký týdeník Science (placený přístup odsud).

Boeke a Chandrasegaran hledali cestičku, jak proměnit dědičnou informaci kvasinky v jakousi stavebnici, z které by bylo možné ubírat nebo k ní naopak přidávat libovolné úseky DNA. Nakonec došli k závěru, že si takové "genetické lego" pořídí syntézou rozsáhlých úseků dědičné informace kvasinky pivní.

Vzniklo ve zkumavce

Vytvoření chromozomu kvasinky syntetická biologie samozřejmě nezačala. Už dříve vědci dokázali vyrobit v laboratoři kompletní dědičné informace různých mikroorganismů tak, že navzájem pospojovali molekuly sloužící jako písmena genetického kódu do impozantně dlouhých řetězců.

V roce 2002 se americkému biochemikovi Eckardovi Wimmerovi podařilo po třech letech usilovné práce vyrobit v laboratoři úplnou dědičnou viru obrny. O rok později syntetizoval tým amerického genetika Craiga Ventera jen o málo menší virus za pouhé tři týdny.

Pro Ventera to byl ale pouhá rozcvička k mnohem ambicióznějšímu počinu. V roce 2008 syntetizoval v laboratoři dědičnou informaci bakterie Mycoplasma genitalium s více než půlmilionem písmen genetického kódu. Rekord v délce uměle syntetizované DNA tím byl překonán hned osmnáctkrát.

V roce 2010 vyrobil Venterův tým dokonce kompletní genom příbuzné bakterie Mycoplasma mycoides o milionu písmen genetického kódu. Syntetickou DNA nahradil dědičnou informaci v buňkách bakterie Mycoplasma capricolum. Buňka cizí, uměle vytvořenou dědičnou informaci celkem ochotně adoptovala a své vlastní dědičné informace se zbavila. Poprvé tak v laboratoři ožily buňky s dědičnou informací připravenou „ve zkumavce“.

Jak nyní ukázali ve své práci, v laboratoři poměrně pracně sestavili jeden z "balíků", ve kterém je v buňkách kvasinek zabalena její DNA. Tedy jeden z jejích 16 chromozómů (to jsou doslova velká "balení", do kterých je DNA rozdělena v jádře buněk).

Pánové z Johns Hopkins University jsou první, kdo vytvořil jeden z dílku budoucího lega, ale to je jen začátek. V laboratořích po celém světě je těsně před dokončením syntéza čtyř dalších chromozomů a na sedmi včetně toho největšího se intenzivně pracuje. Na čtyřech zbývajících chromozomech kvasinky pivní ale ještě "není ani kopnuto". A o posledním šestnáctém chromozomu se ještě definitivně nerozhodlo, kdo jej bude syntetizovat. Žhavým kandidátem jsou ovšem indičtí genetici.

Lego tedy bude zanedlouho hotové, ale co z něj budeme mít?

Za prvé by biologům mohlo pomoci odpovědět na otázku, co je základem života. Genetici vědí, že kvasinka může celkem bez následků přijít o kterýkoli ze svých 5000 genů. Mohlo by se zdát, že tyto geny jsou v dědičné informaci zbytečné. Ale to se ukáže, teprve když ztráta takového genu nebude vadit v kombinaci se ztrátou dalších "zbytečných" genů.

Kvasinky s "děravým" genomem dovolují vytvářet nepřeberné množství "kombinovaných" ztrát genů a sledovat, jak se buňkám bez konkrétní sady vybraných genů daří. Na konci by měli mít genetici celkem jasnou představu o skutečně nezbytném minimu genů, které zajistí veškeré potřebné životní funkce.

Hrnečku, vař!

Pak může přijít ke slovu praxe. Kvasinka s tímto tzv. minimálním genomem by pak posloužila jako "genetické šasí", na něž lze "montovat" jako "součástky" nejrůznější sestavy genů určené k produkci pestré palety látek.

Jednu takovou genovou "výrobní linku" už vědci "vmontovali" do obyčejných kvasinek. Podle instrukcí sady zcela cizích genů vyrábějí molekuly kyseliny artemisinové. Tu lze ve farmaceutických provozech poměrně snadno proměnit na molekuly artemisininu, na něž má v přírodě prakticky výhradní monopol bylina pelyněk roční (Artemisia annua).

Tento pelyněk se v tradiční čínské medicíně používal při léčbě horečnatých onemocnění. Čínští vědci z rostliny počátkem 70. let minulého století izolovali artemisinin, který se ukázal jako nejúčinnější současný lék proti malárii. Díky němu tato nemoc zabíjí ročně "jen" 800 tisíc lidí. Bohužel, artemisinin z pěstovaného pelyňku je drahý. Sklizeň navíc silně kolísá a stejně tak kolísají i ceny. Kilo artemisininu může stát v závislosti na momentální produkci a poptávce 120 dolarů, ale také 1 200 dolarů.

Americký syntetický biolog Jay Keasling z University of California v Berkeley proto donutil metodami syntetické biologie k produkci artemisininu kvasinky. Roční produkce léku by se tak mohla v dohledné zvýšit o 60 tun a to by znamenalo nejen stabilizaci trhu, ale snad i snížení ceny.

Syntetická biologie by mohla možnosti podobné výroby na zakázku výrazně rozšířit a především zlevnit. Základ "výrobní linky" by byl k dostání levně a každému.  

Možností se nabízí doslova nepřeberné množství. Přirozeně se vyskytující mikroorganismy jsou zásobárnou užitečných vlastností, jejichž případný význam často ani nedokážeme plně docenit. A nová technologie možnosti jen rozšiřuje. Umožňují upravit výrobní procesy v mikroorganismech tak, že bude možné provést "spoustu nepřirozených věcí", jak se vyjádřil pro časopis NewScientist Jeff Boeke. Chemikové podle něj budou z těchto možností nadšení.

Ve staré laboratoři profesora Holého se vyznají opravdu jen odborníci.

Kvasinky místo skla? Pohled do chemické laboratoře Antonína Holého.

Odborníci se dále domnívají, že pomocí mikroorganismů vylepšené nebo zcela vytvořené postupy syntetické biologie by mohly čistit vodu a půdu zamořenou toxickými odpady. Po odvedení této "špinavé práce" by pak samy sebe zlikvidovaly.

Jiní mikrobi by mohli levně a efektivně měnit rostlinný odpad na biopaliva. Další by rozkládali vodu na vodík a kyslík a produkovali by pro lidstvo ekologicky čisté palivo. Buňky z dílen syntetických biologů by mohly v našem organismu hlídkovat a pátrat po vznikajících nádorech, k nimž by pak obrátily pozornost imunitního systému dřív, než by nádor nabral na síle.

Mohli bychom také napravit některé chyby minulosti: s pomocí nových technik bychom mohli "redigovat" genomy organismů blízce příbuzných vyhubených či vymřelých organismům. Tvorové, které jsme dávno oželeli, by mohli vstát z mrtvých. Kdybychom například přečetli z DNA (izolované z peří muzejních exemplářů) genom vyhubeného holuba stěhovavého (Ectopistes migratorius) a zároveň přečetli genom dnes žijícího holuba pruhoocasého (Patagioenas fasciata), zjistili bychom, v kterých úsecích DNA se oba holubi lišili.

Už dnes jsou k dispozici metody, jež dovolují "vystřihnout" živočichovi z jeho genomu vybrané úseky a ty nahradit uměle vyrobenými úseky DNA. Mohli bychom tak genom žijícího ptačího druhu "přešít" na genom vyhynulého druhu. Nově rekonstruovanému genomu by se přizpůsobil i organismus. Kdybychom takto "redigovali" genom zárodku ve vejci holuba pruhoocasého, vylíhl by se z vejce vymřelý holub stěhovavý. Na svět by se mohli vrátit třeba novozélandští ptáci moa nebo vakovlk tasmánský.

Probuzená chřipka

Jako každá nová technologie má i syntetická biologie své "třinácté komnaty". Do jedné z nich vstoupili vědci pod vedením Terrence Tumpeyho z amerického Center for Disease Control and Prevention v Atlantě už v roce 2005. Z těla eskymačky, která umřela v roce 1919 na tzv. španělskou chřipku a byla pochována do věčně zmrzlé půdy, izolovali zlomky dědičné informace chřipkového viru.

Na jejich základě pak vytvořili syntetický virus. S odstupem bezmála devadesáti let se tak na zemi opět vyskytoval virus velmi podobný tomu, který na konci první světové války zabil nejméně 40 milionů lidí. Jen tentokrát ho vytvořili lidé. Kteří také rovnou ukázali, co jejich výtvor dokáže.

Virologové a epidemiologové se dlouho nemohli shodnout, zda byly děsivé následky španělské chřipky v letech 1918 a 1919 důsledkem mimořádných vlastností viru nebo zda tu sehrálo hlavní roli oslabení lidí vyčerpaných neutěšenými válečnými poměry. Pokusy s "oživeným" virem nahrávají spíše první možnost. Na myších se virus španělské chřipky množí 39tisíckrát rychleji než stávající "viroví potomci" dávného zabijáka.

ČEKÁNÍ NA ČISTKU. Zdravotníci v ochranném oblečení se chystají na vybití 20...

ČEKÁNÍ NA ČISTKU. Zdravotníci v ochranném oblečení se chystají na vybití 20 tisíc kuřat v Hongkongu. Úřady také na 21 dní zakázaly dovoz kuřat z Číny kvůli výskytu ptačí chřipky H7N9 u zvířat z provincie Kuang-tung.

Všem bylo jasné, jaká katastrofa lidstvu hrozí, pokud by syntetický virus španělské chřipky unikl z laboratoří s nejvyšší úrovní zabezpečení. Dnes žije na světě 3,5krát více lidí než v roce 1918 a miliony z nich jsou neustále v pohybu. V dnešním globalizovaném světě by měla repríza pandemie španělské chřipky zřejmě nedozírné následky. Mají vědci vůbec právo podnikat tak riskantní výzkum?

Tumpey a jeho spolupracovníci jsou přesvědčeni, že informace získané oživením viru španělské chřipky jsou nesmírně cenné a za riziko rozhodně stojí. Nevíme, kdy se můžou stávající chřipkové viry proměnit na zabijáka srovnatelného s původcem španělské chřipky. Mnozí epidemiologové jsou přesvědčení, že otázka nezní: "Zda k tomu vůbec dojde?" ale "Kdy se to stane?". A pro takový případ je jistě dobré vědět, jaké vlastnosti zabijácký virus má, jaké léky proti němu zabírají a jaká by se proti němu měla připravit vakcína.

Jen hloupý se nebojí

Jaroslav Petr

Je vzděláním biolog. Pracuje jako vedoucí výzkumný pracovník ve Výzkumném ústavu živočišné výroby v Praze-Uhřiněvsi, kde se zabývá reprodukční biologií a biotechnologiemi hospodářských zvířat. Přednáší externě na České zemědělské universitě v Praze a dalších institucích. Je také dlouholetým popularizátorem vědy. Píše například pro Lidové noviny, časopis Vesmír i server Osel.cz.

Je to vidět i na tom, že řady odpůrců syntetické biologie, a to i v reakci na syntézu viru španělské chřipky houstnou. V roce 2006 se proti syntetické biologii postavilo celkem 39 nevládních organizací v čele s Action Group on Erosion, Technology and Concentration známější pod zkratkou ETC. Ta v roce 2008 vydala dokument „Extreme genetic egineering“, v kterém varuje před nežádoucími dopady syntetické biologie na společnost a svět.

V roce 2012 už sdružovala fronta proti syntetické biologii více než stovku organizací, včetně Friends of the Earth nebo International Center for Technology Assessment. V dokumentu The Principles for the Oversight of Synthetic Biology, v kterém požadují celosvětové moratorium na používání organismů vytvořených metodami syntetické biologie, dokud nebudou vyloučena všechna rizika spojená s jejich existencí.

Opozice jmenovitě požaduje striktní zákaz uplatnění metod syntetické biologie na lidský genom a na genom bakterií, které žijí v lidském organismu nebo na jeho povrchu (např. na specificky lidské střevní bakterie nebo na bakterie kolonizující zcela přirozeně lidskou pokožku a sliznice).

Byla by asi chyba na tyto obavy nereagovat a mávnout nad nimi rukou. Lidstvo se bezděky ocitá v situaci, kdy na jednu misku pomyslných vah klade všechny možné přínosy výdobytků syntetické biologie a na druhou stranu možná nebezpečí. Pokud nechce přijít o její lákavé plody a přitom se nespálit, řešení je v kompromisu. Takovém, při kterém nebude výzkum svázán drakonickými pravidly, ale při kterém nebude syntetická biologie volně puštěna za řetězu, aby se bezhlavě hnala za co největšími zisky bez ohledu na rizika.

Trhací kvasinka ze školních laboratoří

Kvasinka pivní má genom složený celkem z 12 milionů písmen dědičné informace. V nich se skrývá asi 6000 genů. Dědičná informace je rozdělena na šestnáct porcí označovaných jako chromozomy. Největší podíl má na dědičné informaci kvasinky chromozom s více než 1,5 milionu písmen genetického kódu. Ta nejmenší porce se skrývá v chromozomu tvořeném pouhými 200 tisíci písmeny genetického kódu.

Pánové Boeke a Chandrasegaran, jejichž publikace byla podnětem pro vznik textu, si vybrali pro syntézu třetí chromozom s více než 300 000 písmeny genetického kódu. Nejprve si ho v počítači "vyčistili" od nejrůznějších "zbytečností" – tedy úseků, které nejsou pro fungování dědičné informace nutné. I tak jim zbyla úctyhodná porce o bezmála 273 tisících písmen genetického kódu. Už její samotná syntéza by představovala velmi dobrý výkon, ale oběma vědcům nešlo o to vytvořit otrockou kopii přírodního chromozomu kvasinky. Chtěli si během syntézy chromozom upravit tak, aby z něj následně mohli podle libosti vyhazovat geny nebo je na vybraných místech k chromozomu naopak libovolně přidávat. To vyžadovalo, aby byla do těsného sousedství každého genu vsazena jakási "perforace" – místo předurčené k roztržení dvojité šroubovice. Na tomto místě pak dokáže dědičnou informaci "stříhat" bílkovina působící na DNA jako molekulární nůžky. Informaci pro tvorbu nůžek vědci "přibalili" do chromozomu a uzpůsobili ji tak, aby kvasinka spustila výrobu "nůžek" sama poté, co byla vystavena účinku malého množství hormonu estradiolu.

Syntéza vybraných úseků DNA kvasinky a jejich vybavení "perforací" představovalo obrovský objem práce a Boeke si nějakou dobu lámal hlavu, jak tenhle úkol nejsnáze zvládnout. Nakonec vsadil na studenty na své Johns Hopkins University. Nakoupil celkem levně porce dědičné informace o 75 písmenech genetického kódu syntetizované komerční firmou. Každý student dostal šestnáct takových "porcí" a měl za úkol je "slepit" v přesném pořadí do jednoho kusu o 750 písmenech genetického kódu. Když student práci dokončil, vsunul výsledek své práce do bakterie a mikroby pak nový úsek DNA namnožily. Pak už přišli ke slovu vědci. Z "polotovarů" vyrobených jednotlivými studenty sestavili delší úseky DNA o 3000 písmenech DNA a ty už vnášeli do kvasinek. Pokud vsunutý úsek v buňce nenatropil neplechu, znamenalo to, že neobsahuje vážné chyby a vědci mohli pokračovat v práci. Takhle postupně dali dohromady celý chromozom o 270 000 písmenech genetického kódu.

Laboratorní praktika označovaná jako "Postav si genom" si získala mezi studenty velkou oblibu. Naučí se při nich pracovat nejmodernějšími metodami a zároveň mají záruky, že nejde o samoúčelnou záležitost. Výsledek jejich práce slouží naprosto špičkovému výzkumu. Není divu, že se podobné kurzy rozběhly na dalších universitách a to nejen v USA, ale třeba i v Číně. Když vědci zkoordinovali své aktivity, začaly se v USA, Číně, Singapuru, Velké Británii, Austrálii a dalších zemích "rodit" další syntetické chromozomy kvasinky pivní. Všechny mají geny vybavené "perforací" a jsou připravené k tvorbě kvasinek, jejichž dědičnou informaci bude možné skládat jako kostky lega.

Práce teď pokračuje podstatně rychlejším tempem než na začátku, protože výroba "základních stavebních kamenů" výrazně zlevnila. Studenti proto dnes začínají laboratorní syntézy s úseky DNA o 750 písmenech genetického kódu a výsledkem jejich práce jsou kusy DNA tvořené 30 až 50 tisíci písmeny genetického kódu. Z těch se chromozom skládá pochopitelně mnohem svižnějším tempem.

Autor:






Hlavní zprávy

Peugeot 301 1,6 16v
Peugeot 301 1,6 16v

r.v. 2014, naj. 89 256 km, benzín
229 900 Kč (s DPH)

Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2016 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je součástí koncernu AGROFERT ovládaného Ing. Andrejem Babišem.