Právě syntézou dědičné informace jednoduchých virů syntetická biologie odstartovala, když v roce 2002 americký biochemik Eckard Wimmer sestavil v laboratoři z jednotlivých písmen genetického kódu kompletní dědičnou informaci viru obrny. Sedm tisíc písmen genetického kódu dával Wimmer dohromady plné tři roky.
Jen o rok později už ale americký genetik Craig Venter vytvořil v laboratoři dědičnou informaci viru bakteriofágu o šesti tisících písmenech genetického kódu za pouhé tři týdny. Venter a jeho spolupracovníci následně dokázali syntetizovat dědičnou informaci bakterií tvořenou milionem písmen genetického kódu.
Syntetická biologie rázně vykročila k vytvoření živých buněk ve zkumavceVědci poprvé vyrobili umělý chromozom organismu, který má buňky s jádrem (tzv. eukaryotický organismus). Jeho genetickou sekvenci navrhli v počítači, potom ji v laboratoři poskládali a nakonec zabudovali do živé buňky kvasinky. Vznikla tak napůl umělá forma života. Upravené kvasinky s vloženými geny pro výrobu konkrétních látek mohou najít využití například při průmyslové výrobě léků. Chromozom genová sekvence rozpletené vlákno DNA jádro buňky Genetickou informaci (DNA) kvasinky pivní tvoří 12 milionů písmen s šesti tisíci geny. DNA je rozdělena na 16 dílů, tzv. chromozomů. Největší obsahuje milion a půl písmen genetického kódu, nejmenší jen 20 tisíc písmen. Upravená DNA kvasinky syntetický chromozom a jeho porovnání s „přírodním“ chromozomem „Špendlíky“ a bílé kosočtverce označují místa, kde byla DNA chromozomu kvasinky nějak změněna. Světle žlutou barvou jsou znázorněny vynechané části chromozomu. Kolečka uvnitř chromozomu znázorňují nukleozomy – smyčky DNA namotané na proteinové „cívky“. |
Koncem března oznámil početný mezinárodní tým vedený Jefem Boekem a Srinivasanem Chandrasegaranem z baltimorské Univerzity Johnse Hopkinse na stránkách vědeckého časopisu Science, že dal dohromady jednu část dědičné informace kvasinky pivní.
Chromozom šitý na zakázku
Celou DNA kvasinky pivní tvoří dvanáct milionů písmen genetického kódu se šesti tisíci genů. Svou DNA má kvasinka rozdělenou na šestnáct dílů, tzv. chromozomů. Ten největší obsahuje milion a půl písmen genetického kódu. Nejmenší v sobě skrývá pouhých 200 tisíc písmen.
Boekea Chandrasegaran si vybrali pro laboratorní syntézu třetí chromozom, který se skládá z více než 300 tisíc písmen. Úlohu si trochu ulehčili tím, že se při syntéze rozhodli vynechat zbytečné části, které nejsou pro funkce chromozomu nezbytně nutné. I tak měli před sebou nelehký úkol vytvořit řetězec DNA s přesně určeným pořadím 273 871 písmen genetického kódu.
Nespokojili se však s pouhým kopírovánímpřírodního chromozomu. Syntézy využili k tomu, aby na mnoha místech tuto porci dědičné informace kvasinky upravili a otevřeli si tím cestu k důležitým experimentům. Ze syntetického chromozomu lze kvasince například celkem jednoduše „vystřihávat“ jednotlivé geny. Je možné navodit i ztrátu hned několika genů najednou a sledovat, jak se bez nich buňkám daří. Vědci plánují, že se tak dopracují k seznamu genů, které jsou pro kvasinku životně důležité a bez kterých se tento mikroorganismus neobejde.
Školní úloha ze syntetické biologie
Chromozom o více než čtvrt milionu písmenech genetického kódu nelze syntetizovat najednou. Vědci si nejprve v laboratoři vytvoří z jednotlivých písmen genetického kódu jeho poměrně malé „součástky“ a ty postupně skládají do větších a větších celků. Tak trochu to připomíná tovární výrobní linku, kde je z jednotlivých součástek nejprve vyroben motor a ten se pak montuje do automobilu.
Výroba „součástek“ chromozomu kvasinky představovala obrovský objem laboratorní práce a Boekemu nebylo zpočátku jasné, jak se s tím vypořádá. Nakonec vsadil na studenty oboru syntetické biologie na Univerzitě Johnse Hopkinse.
U komerční genetické firmy objednal syntézu spousty různých úseků DNA obsahujících jen 75 písmen genetického kódu. Z kompletní sady těchto „součástek“ bylo možné sestavit celý chromozom. Každý student dostal v rámci laboratorních praktik šestnáct „součástek“ a jeho úkolem bylo „smontovat“ z nich větší celek tvořený 750 písmeny genetického kódu.
Když se student přesvědčil, že smontoval součástky ve správném pořadí, vnesl svůj „produkt“ do bakterií a ty mu úsek chromozomu kvasinky poslušně namnožily do mnoha kopií. S těmi si pak už „pohráli“ vědci a sestavili z nich úseky DNA o třech tisících písmen genetického kódu. Tyto „dílčí celky“ putovaly do nitra kvasinky, kde z nich genetici postupně „postavili“ celý chromozom. Porce dědičné informace vzešlá z laboratoře je sice na mnoha místech cíleně upravená, ale funguje v buňkách kvasinek bez problémů.
Práce Jefa Boekeho a Srinivasana Chandrasegarana inspirovala genetiky po celém světě. Vzniklo tak jakési mezinárodní konsorcium, které si rozdělilo chromozomy kvasinky pivní a pokouší se každý z nich syntetizovat.
ČTĚTE TAKÉ: |
Také tito následníci vědců z Univerzity Johnse Hopkinse vkládají do syntetických chromozomů změny, které následně dovolí provádět s kvasinkou náročné experimenty. Do výroby kvasinky se syntetickou dědičnou informací se zapojili genetici nejen z USA, ale také z Číny, Velké Británie nebo Austrálie. Syntézy posledního šestnáctého chromozomu se ujmou zřejmě vědci z Indie.
Práce svižně pokračuje. Před dokončením je syntéza čtyř chromozomů a sedm dalších je v různém stadiu rozpracování. Po dokončení celého díla budou mít vědci v rukou unikátní organismus – jakéhosi „kvasničného pokusného králíka“ –, na kterém bude možné studovat funkce jednotlivých genů i celých skupin genů. Zároveň se „syntetická kvasinka“ nabízí i k praktickému využití.
Antimalarikum z kvasinek
Obor syntetické biologie slibuje řešení celé řady problémů. Zatímvědci pro tyto účely používali „přírodní“ kvasinky. S těmi je ale často velmi obtížná práce. Přesto i tady slaví syntetická biologie významné úspěchy. K těmpatří například kvasinky vzešlé z laboratoře Jaye Keaslinga z Kalifornské univerzity v Berkeley, které jsou vybavené komplexem genů vypůjčených z pelyňku ročního.
Tato bylina je zdrojem artemisininu, jenž patří k nejúčinnějším lékům proti malárii. Sklizeň pelyňku ale silně kolísá. Artemisininu není dost a pro chudé obyvatele zemí třetího světa ohrožené malárií je příliš drahý.
Dnes už kalifornská biotechnologická firma Amyris vyrábí pomocí „syntetických“ kvasinek artemisinin ve velkém. Odhaduje se, že bude možné zvýšit roční produkci léku o 60 tun, což trh s artemisininem stabilizuje a v konečném důsledku zlevní nedostatkový lék. V budoucnu by se podobně mohly vyrábět i další léky.
