Sobota 23. října 2021, svátek má Teodor, Theodor
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet

Lidovky.cz

Golem v říši bakterií

Česko

Americký genetik Craig Venter vyrobil první organismus s umělou DNA

Sen o vytvoření umělé formy života je zase o kus blíž skutečnosti.

Američtí genetici vybavili bakterii dědičnou informací kompletně vyrobenou v laboratoři.

Svítá nám šance na tvorbu mikroorganismů schopných vyrábět vzácné léky, rozkládat toxické látky nebo produkovat lacino vodík pro pohon automobilů. Zaznívají však i varovné hlasy, že se přiblížil den, kdy bude v laboratořích stvořen smrtící mikrob schopný vyhubit lidstvo.

Konečná montáž v kvasince Tým čtyřiadvaceti genetiků v čele s Craigem Venterem vytvořil dědičnou informaci jednoduché bakterie Mycoplasma mycoides složenou z více než milionu písmen genetického kódu. Tak dlouhou molekulu nelze vyrobit najednou. Vědci nejprve vytvořili její kratší části a ty pak skládali do větších celků. Nakonec byly součásti genomu tak velké, že si s nimi už laboratorní technika neporadila. Proto je genetici vložili do kvasinek a ty už výrobu kompletní dědičné informace dokončily. Z kvasinek pak vědci izolovali úplnou DNA bakterie.

Mimo prostředí bakteriální buňky by syntetická dědičná informace zůstala jen kusem „mrtvé hmoty“. Venterův tým se ji proto rozhodl „transplantovat“ a jako příjemce vybral příbuznou bakterii Mycoplasma capricolum. První pokusy skončily fiaskem. Příjemce „transplantovanou“ dědičnou informaci velmi rychle ničil. Genetici zjistili, že Mycoplasma capricolum je vybavena enzymy, které na cizí DNA působí jako skartovačka – rozstřihá ji na kousíčky. Odborníci proto vybavili transplantovanou DNA ochranným „obalem“ z malých molekul a oslabili enzymatickou skartovačku.

Ani pak neměl Venterův tým vyhráno. Bakterie se množily a v některých nakonec zůstala jen transplantovaná syntetická DNA. V té chvíli však buňky hynuly. Umělá dědičná informace nefungovala. Venter po několika týdnech hledání zjistil, že v životně důležitém genu dnaA vypadlo jedno písmenko genetického kódu. Tím informace genu ztratila smysl a buňka se nedokázala dál množit. Po opravě genetického „překlepu“ už fungovaly buňky mykoplazmy s transplantovanou syntetickou DNA dokonale. Metabolizovaly živiny, vyráběly kompletní sadu bílkovin podle instrukcí podvrženého genomu a množily se. Výsledky pokusů včera zveřejnil týdeník Science.

Venter v žádném případě nestvořil první umělý organismus. Syntetická je jen DNA. Vše ostatní si museli genetici vypůjčit od živé buňky vzniklé v přírodě. V laboratoři nic takového vyrobit neumíme a v dohledné době se na tom mnoho nezmění.

Výrobci léků a energie Craig Venter je přesvědčen, že mikroorganismy s umělým genomem najdou praktické uplatnění. Mykoplazmy vystačí možná jen s 260 geny. Buňky s takovým „minimalistickým“ genomem lze vybavit dalšími geny, které by zajistily funkce, jaké mykoplazma původně neměla. Bakterie se syntetickým genomem by pak mohly vyrábět komplikované chemické sloučeniny, které dokážou vytvářet jen exotické organismy, jako jsou například mořské houby. Takové látky nacházejí uplatnění jako účinné léky proti nádorovým onemocněním, virovým infekcím nebo cizopasníkům. Přírodní zdroje těchto molekul jsou omezené, jejich chemická syntéza je komplikovaná a drahá. Bakterie by je mohly vyrábět ve velkém a lacino.

Nemalé naděje vkládá Venter do bakterií, které by díky upravené syntetické dědičné informaci pomohly s řešením ekologických problémů. Doufá, že se s pomocí takových mikrobů podaří dosáhnout efektivní výroby vodíku rozkladem vody. Stejně tak na ně spoléhá při likvidaci nebezpečných toxických odpadů.

Arzenál genů potřebný pro takové mikroby hledá Craig Venter v rámci dalších projektů. Na své jachtě obeplul svět a na mnoha místech odebral mořskou vodu s mikroorganismy, poté z nich izoloval DNA, kterou podrobil zevrubné analýze. Není pochyb, že „genetické suroviny“ má Venter pro realizaci svých smělých vizí dost a dost.

Ozývají se hlasy varující před zneužitím oboru, pro nějž se ujalo označení „syntetická biologie“. Bakterie s umělým genomem lze teoreticky použít jako biologické zbraně při teroristických útocích. Syntéza DNA se však zdá pro tyto účely jako mrhání časem, silami a penězi. Na Zemi žije dost a dost mikroorganismů, které se dají pro teroristický útok využít bez jakýchkoli úprav.

Ideálem bioteroristy je například Burkholderia pseudomallei. Původce onemocnění označovaného jako melioidóza je domovem v jihovýchodní Asii a severní Austrálii. Bakterie přežívá v půdě, ve vodě i v lidském organismu. Při melioidóze se často vytvářejí zánětlivá ložiska a z nich se infekce šíří do celého těla. Pokud infekce přeroste v otravu krve, jsou pacientovy šance na přežití jedna ku deseti. Melioidózu není jednoduché diagnostikovat a její původce vzdoruje většině běžných antibiotik.

Širokému využití mikrobů s umělou DNA se mohou postavit do cesty patentová práva. Craig Venter si podal patentovou přihlášku už v říjnu roku 2006. Udělení patentů vázlo mj. na tom, že neměl bakterii s kompletně syntetickým genomem. Tato námitka však právě padla. Někteří experti se však domnívají, že se Venterovi nepodaří prokázat jasný přínos bakterií se syntetickým genomem. „Neexistuje žádný důvod, proč bychom potřebovali kompletně syntetickou mykoplazmu a proč by vodík nemohla stejně dobře vyrábět i běžná střevní bakterie Escherichia coli s poupravenou dědičnou informací,“ řekl pro týdeník Science harvardský biolog George Church.

Odpůrci syntetické biologie požadují, aby byly nejprve vyřešeny otázky bezpečnosti bakterií se syntetickým genomem. Odborníci však namítají, že mykoplazmy použité ve Venterových experimentech jsou bezpečnější než jiné mikroorganismy. Přežívají jen ve speciálních živných roztocích. „Pokud by unikly z laboratoře, tak uhynou,“ tvrdí o mykoplazmě se syntetickým genomem biolog Frederick Blattner z University of Wisconsin v Madisonu.

Pokroky ve čtení a v syntéze DNA Rozvoj syntetické biologie byl umožněn revolučními inovacemi v molekulární genetice i v technikách, které byly pro tuto vědní disciplínu v poslední době vyvinuty. V roce 1977 byla poprvé přečtena kompletní dědičná informace. Patřila viru a skládala se zhruba z 5000 písmen genetického kódu. Genetik Sydney Brenner tehdy řekl, že čtení DNA by nechal za trest dělat těm nejtěžším zločincům. „Čím horší zločin, tím větší kus dědičné informace by museli přečíst,“ řekl pozdější laureát Nobelovy ceny.

V roce 1995 přečetl Craig Venter první kompletní genom bakterie Haemophilus influenzae s necelými dvěma miliony písmen genetického kódu. Před deseti roky byl nahrubo přečten lidský genom složený z tří miliard písmen. Genomy složené z miliard písmen lze dnes těmi nejmodernějšími technikami přečíst během několika dní. Většinu práce přitom odvedou automaty.

Stejně tak pokročila syntéza DNA. Nedávno bylo možné vyrobit řetězce složené nejvýše z desítek či stovek písmen genetického kódu. V roce 2002 se podařilo Američanům vytvořit kompletní genom viru obrny s téměř 8000 písmen. Dnes se posunula hranice možného při syntéze genomů za hranici milionu písmem genetického kódu.

Limitem pro syntetickou biologii se jeví její rozšíření na vyšší formy života. Kvasinky jsou jednobuněčné organismy podobně jako mykoplazmy a jejich genom obsahuje 12 milionů písmen genetického kódu. Není však uložen v buňce „volně“ jako u bakterií, ale v buněčném jádru. To má velmi složitou strukturu, kterou zatím v laboratoři napodobit neumíme. Houby, rostliny nebo zvířata s umělým genomem proto ještě nadlouho zůstanou doménou autorů science fiction.

O autorovi| JAROSLAV PETR, Autor je profesorem České zemědělské univerzity a pracuje ve Výzkumném ústavu živočišné výroby v Praze-Uhříněvsi

Autor:

Syndrom Petra Pana. Proč někteří muži nikdy nedospějí a žijí jako paraziti

Premium V každém chlapovi zůstává kousek kluka, ale musí to být právě jen ten kousek. Pokud muž nechce vyrůst a převzít...

Čína má Evropu v hrsti, za pár týdnů dojde hořčík. Auto bez něj nevyrobíte

Premium Vše nasvědčuje, že současná čipová krize v automobilovém průmyslu je jen zahřívacím kolem před tím, co se na Evropu...

Váš syn bude žít jen pár týdnů. Zpověď matky zesnulého hokejisty Buchtely

Premium Přežít své dítě. Pro každého rodiče ta nejhorší představa. Teprve dvacetiletý hokejista Ondřej Buchtela zemřel loni v...